[토토사이트 대도시필요성]

노화와 함께 발생하는 인지기능 저하, 대사질환, 신경 퇴행은 현대 고령사회가 직면한 주요 건강 문제입니다. 특히 알츠하이머병, 파킨슨병과 같은 질환은 명확한 치료법이 없으며, 예방과 완화를 위한 대체 전략의 필요성이 커지고 있습니다. 최근 장내미생물이 뇌 기능 및 노화 경로를 조절한다는 '장-뇌 축 (gut-brain axis)'의 역할이 주목받고 있으며, 프로바이오틱스는 이 축을 조절하는 핵심 인자로 부상하고 있습니다. 하지만 기존 프로바이오틱스 연구들은 ‘효능 관찰’ 수준에 머물러 있고, 숙주에 긍정적 영향을 주는 ‘유전자 수준의 근거’는 거의 없는 상태입니다. 이에 본 연구는 Bacillus subtilis 168을 중심으로 하는 포자생성 프로바이오틱스를 대상으로 미생물 전장유전체연관분석 (Microbial Genome-wide association Studies; mGWAS) 기반의 정밀기능성 토종 프로바이오틱스 개발을 목표로 수행되었습니다. 특히 Bacillus 균주는 한국 전통 발효식품에서 유래되었으며, 항산화, 항염, 장 건강 증진 효과가 보고됐으나, 항노화 및 인지기능 개선 관련 작용기전은 거의 규명되지 않아 그 중요성이 인정된다고 판단됩니다.

[토토사이트 대도시성과/기대효과]

본 연구는 B. subtilis 168의 유전자 결손 변이주 1,654종을 대상으로 한 mGWAS 분석을 통해 Bacillus의 노화 및 인지기능 조절과 관련된 핵심 유전자 nosA (NO synthase), 40학부대학 (NO reductase)를 선별하였고, 이 유전자가 장-뇌 축을 통한 노화 조절 메커니즘의 핵심 열쇠임을 동물모델을 통해 실험적으로 입증하였습니다. B. subtilis ΔnosA 및 B. subtilis Δ40학부대학 균주는 예쁜꼬마선충 (C. elegans)와 마우스 모델 모두에서 수명 연장, Aβ 축적 억제, 인지행동 회복, 항산화 대사체 조절 등 모든 효과를 상실하였으며, 이는 특정 유전자가 미생물의 기능성을 결정한다는 점을 명확히 보여주었습니다. 이번 토토사이트 대도시는 한국 전통 유래 포자생성 프로바이오틱스 Bacillus 균주를 유전체 수준에서 생체기능 탐색하고, 기능성 유전자를 정밀하게 발굴한 사례로, 향후 고령자 대상 인지기능 보조제, 반려동물 치매 완화용 프로바이오틱스, 유전자 기반 항노화 기능성 인증 시스템으로의 발전 가능성을 갖습니다.

4국제교육프로그램

Bacillus subtilis 내 산화 스트레스 조절 유전자가 장-뇌 축을 통해 숙주 노화 및 인지기능에 미치는 영향 규명.

토토사이트 농업생명과학대학 김영훈 교수 토토사이트 대도시팀은 6월 12일 장내미생물 유래 질소산화물 (Nitric oxide, NO) 대사가 숙주의 노화 및 인지기능에 미치는 영향을 미생물 유전자 수준에서 규명한 토토사이트 대도시 결과를 국제 저명 학술지 Journal of Hazardous Materials (Impact Factor=12.2, Environmental sciences 분야 Q1) 에 발표했다.

본 토토사이트 대도시팀은 한국 전통 유래 프로바이오틱스 자원 균주인 Bacillus subtilis 168의 기능성 유전자를 대규모 스크리닝 플랫폼인 미생물 전장유전체연관분석 (mGWAS)을 이용하여, 노화 억제 및 인지기능 회복에 이바지하는 핵심 유전자를 발굴하고, 이를 예쁜꼬마선충과 마우스 모델에서 검증했다.

본 토토사이트 대도시의 핵심은 기존의 ‘효능 관찰’ 중심의 프로바이오틱스 토토사이트 대도시에서 벗어나, 유익균 내 특정 유전자가 실제로 숙주의 행동, 뇌 대사, 장내미생물 구성에 어떤 영향을 주는지를 분자 수준에서 증명했다는 점이다.

본 연구진은 B. subtilis 168 유전자 결손 변이주 1,654종을 활용해 장수 효과, 신경 퇴행 억제, 회피행동, 운동성 회복 등과의 연관성을 통합적으로 분석한 결과, NO 대사에 관여하는 nosA (nitric oxide synthase)와 40학부대학 (nitric oxide reductase) 유전자가 숙주 노화 억제와 밀접하게 연결되어 있음을 확인했다.

실험 결과, wild-type B. subtilis 168 균주를 투여한 예쁜꼬마선충은 수명이 20% 이상 연장되고, Aβ 축적이 억제되었으며, 운동성과 회피행동이 회복됐지만, ΔnosA 또는 Δ40학부대학 변이 균주는 이러한 효과를 모두 상실하여 해당 유전자가 B. subtilis의 노화 조절 기능을 결정하는 열쇠임을 입증했다.

이러한 효과는 포유류 모델에서도 동일하게 나타났다. 산화 스트레스를 유도한 마우스 모델에 B. subtilis 168을 경구 투여한 결과, Y-maze 및 수동회피 실험에서 기억력과 학습 능력이 향상되었고, 간 조직 내 글루타싸이온 (GSH) 회복, 말론디알데하이드 (MDA) 감소 등 항산화 지표가 개선됐지만, ΔnosA 및 Δ40학부대학 투여군은 행동 및 생화학적 지표 모두에서 회복 효과가 상실되었다.

이와 함께 장내미생물 분석 결과, wild-type B. subtilis 168 균주는 Lactobacillus, 45본문 영역 바로가기 등 유익균의 풍부도를 증가시키고, 염증 관련 균주인 Prevotella, Parabacteroides를 감소시켰지만, ΔnosA Δ40학부대학 균주는 장내 균총 교란을 유도했다. 또한 대사체 분석에서는 wild-type B. subtilis 168 투여군에서 도파민, GABA, GHB, 글루타민 등 신경전달 관련 대사체들이 회복됐지만, ΔnosA Δ40학부대학 투여군은 뚜렷한 감소 양상을 보였다.

이러한 결과는 포자생성 프로바이오틱스 내 특정 유전자가 숙주 뇌 기능과 대사를 조절할 수 있는 직접적 증거로 해석되며, 장내미생물 기반 건강 노화 조절 전략의 분자적 기전을 제시하는 동시에, 향후 국내 토종 차세대 프로바이오틱스 발굴, 정밀기능성 포자생성 프로바이오틱스 개발 및 항노화 관련 생체기능성 인증 기준 수립에 중요한 기반을 제공할 것으로 기대된다.

해당 논문은 『An integrated microbial genome-wide association studies-based characterization of nitric oxide homeostasis by probiotic Bacillus subtilis on aging and neurodegeneration using Caenorhabditis elegans and mouse models』라는 제목으로 게재되었으며, 2025년 9월호에 출판 예정이다(DOI: 10.1016/j.jhazmat.2025.138902).

본 토토사이트 대도시논문은 한국토토사이트 대도시재단 중견토토사이트 대도시와 기초토토사이트 대도시실지원사업(BRL), 그리고 농촌진흥청 공동토토사이트 대도시사업의 지원을 받아 수행되었다.

4관악학생생활관

An integrated microbial genome-wide association studies-based characterization of nitric oxide homeostasis by probiotic Bacillus subtilis on aging and neurodegeneration using Caenorhabditis elegans and mouse models

Anna Kang, Hye Jin Choi, Woong Ji Lee, Min-Geun Kang, Eunsol Seo, Daniel Junpyo Lee, Youbin Choi, Seon-hui Son, Min-Jin Kwak, Kwangcheol Casey Jeong, Sangnam Oh, Younghoon Kim
(Journal of Hazardous Materials, https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.138902)