과학은 우리가 사는 세상이 어떻게 작동되는지 이해하는 것을 돕는 강력한 도구이다. 지혜롭게 사용될 때에 이러한 지식은 인류의 풍요로움에 과거에 그러했듯 미래에도 엄청난 영향을 계속해서 끼칠 것이다. 불행스러운 부분은 비전문가 외에도 수많은 과학자들조차 무엇이 진실인지 아닌지 구분하는 것이 어렵다는 점이다. 동료 심사를 거친 과학 논술지에 게재된 논문의 50% 이상이 재생산이 불가능한 것으로 추정된다. 방대한 양의 발표된 관찰지들은 진정한 유효성 시험에 실패했으며 그것들은 재현할 수 없다. 출판을 위한 출판은 일상이 되었고 불행히도 도덕성이 의심스러운 사람들이 기술들을 지원하기 위해 이러한 성격의 (출판을 위한 출판) 연구 결과를 인용하는 것은 너무나 흔한 일이 되었으며 그리고 궁극적으로 가격 이득이 없는 제품의 판매가 이루어지게 된다. 일부 용어들은 점점 더 눈에 띄게 되면서 결국 광고 및 판촉 캠페인에 사용되어 실질적 의미를 잃고 많은 마케팅 캠페인의 표준이 된 과장광고의 요소가 되는 불가피한 결과를 맞이한다. 친환경, 그린 및 지속가능성 같은 단어가 떠오를 것이다. 최근 이러한 위협을 받는 단어로는 미생물 군체이 있다.

그렇다면 미생물 군체는 무엇인가?

미생물 군체라는 용어는 동물 외부 또는 동물 내부에 존재하는 것과 관련하여 자주 사용되기 때문에 혼동될 수 있다. 광범위한 정의를 내려보자면 그것은 동물에 관한 것만이 아니라 환경의 모든 측면을 포함한 것으로써 동물은 하나의 구성 요소에 불과한 것으로 이해하면 되는 것이다. 미생물 군체라는 용어의 포괄적인 정의는 “특정 환경에 존재하는 박테리아, 박테리오파지(박테리아를 감염시키는 바이러스), 균류, 원생동물 및 바이러스로 구성된 모든 미생물” 로 정리된다. 이것은 동물이나 식물 내외부에 있을 수도 있고 환경조건들을 포함한 주변환경의 모든 요소를 ​​나타내는 것일 수도 있다. 즉 어떤 곳에 생겨난 미생물의 집합체는 미생물 군체로 간주될 수 있다.

양식업과 관련하여 사용되는 경우 이 용어는 대체적으로 실험대상이 되는 수생 동물의 외부 표면과 내부에 존재하는 것을 나타낸다. 또한 생산 환경의 개별 요소에 대한 특정 미생물 구성을 나타낼 수도 있는데, 이를테면 퇴적물, 물기둥 이외를 포함한다. 어떤 경우라도 주어진 미생물 군집은 훨씬 더 큰 생태계(즉 훨씬 더 큰 미생물군집)의 하위 집합일 뿐이다. 미생물 군집을 종종 동물의 장에 있는 것으로 여기는데 실제로는 장내 미생물 군집은 훨씬 더 큰 미생물 군집의 작은 조각일 뿐이다

미생물 군체는 지난 10여 년 동안 빠르게 가속화되는 집중적인 연구 주제였다. 다양한 미생물 군체의 반복 투여가 동물의 건강과 전반적인 웰빙에 지대한 영향을 미칠 수 있다는 연구 결과에 따라 관심이 계속해서 증가하고 있다. 미생물 군체를 구성하는 다수의 유기체는 풍부한 대사 산물을 생산하며 그 중 일부는 중요한 기능을 하는 것으로 여겨진다. 우리는 이들이 무엇이며 면역, 건강 등에서 어떤 역할들을 하는지 이제 막 이해하기 시작했다.

1880년대 초반부터 미생물학자들은 한천(배양액)에서 박테리아를 재배해 왔다. 최근까지 이것이 미생물의 종류를 식별하는 데 사용할 수 있는 유일한 도구였다. 1번 그림은 선택적 배지에서 자라는 전형적인 비브리오 집체를 보여준다. 오늘날 우리는 대부분의 박테리아가 배양될 수 없다는 것을 알고 있다. 16sRNA에 초점을 맞춘 유전자 검출 도구가 개발될 때까지 일부 추정치는 99% 이상이지만 널리 인정되지는 않는다 이것은 단백질 형성에 중요한 고도로 보존된 유전자이다. 그것은 연구자들이 존재하는 유기체를 배양하지 않고도 어떤 것인지 특성화 할 수 있게 해주었다. 이 리보솜 구성체의 보존되어 지며 가변적인 구성요소는 생물학적 속(屬)을 그리고 특정 검사요소를 통해 종(種)을 식별하는 강력한 도구이다. 일반적으로 대부분의 박테리아가 배지에서 자라지 않기 때문에 특정 검사법의 발전에는 세균 배지에서 세균을 배양할 수 있는 능력이 필요하며 이는 어떤 생물학적 속(屬)에 포함되는 군체가 존재하는지 광범위하게 구분해주는 유용한 도구가 되게 해준다. 그림 2는 페나에이드 새우의 미생물 군집 개요를 보여준다

그림 1. TCBS 한천에서 자라는 비브리오 군체

그림2 페나에이드 새우의 내장 미생물 군집 개요. 발췌 ‘Understanding the role of the shrimp gut microbiome in health and disease . J Invertebrate Pathology 186(2021) 107387

친환경, 그린, 지속가능성처럼 미생물 군집이라는 단어가 과도하게 사용됨에 따라 독자에게 부정확한 인상을 남기는 출판물들이 있을 것이다. 다른 핵산 기반 도구와 마찬가지로 이것들을 통해 배울 수 있는 것에는 본질적인 한계가 있다.

미생물 군집 검사는 관련된 박테리아 그룹이 식별된다는 의미에서 일반성에 중점을 둔 시험이다. 사용되는 특정검사는 일반적으로 종(種) 특이적이지 않다. 이것은 주어진 속(屬)의 상대적인 비율의 변화가 발생했을 때 어떤 종(種)이 ​​영향을 받았는지 알려주지 않는다는 것을 의미한다. 이 말은 검사가 유용하지만 제한적인 정보요소를 제공한다는 뜻이 된다

미생물 군집은 역동적이고 끊임없이 진화하는 유기체의 집합체이다. 그들은 수많은 종의 미생물로 구성될 수 있다. 미생물 군집은 입력과 출력에 반응하여 일정한 상태에 유동성이 있는 것으로 여겨진다. 많은 연구자들이 특정 미생물 군집의 구성원이 마치 정적인 것처럼 보고하고 있으며, 심지어 어떤 제품은 유익할 뿐만 아니라 외부 요소에 크게 영향을 받지 않는 변화를 가져온다는 주장이 제기되는 경우도 있다.

이것은 오해의 소지가 있다. 미생물 군집을 조작하여 동물이 받는 스트레스를 줄이고 병원체의 존재를 유도하며 일반적으로 생산성을 증가시키는 능력은 열악한 생물학적 보안을 보완하기 위한 솔루션으로 최근 화제가 되고 있다. 이것을 옹호하는 사람들은 미생물군집이 안정적이지 않은 사실을 언급하지 않는 것 같다. 주어진 미생물 군집을 구성하는 미생물의 집합체는 본질적으로 대부분의 생태계가 끊임없는 변화의 상태에 있는 것처럼 끊임없이 진화하는 상태에 있을 것이다.

새우 양식을 예로 들자면, 전형적인 예시는 자연 환경에 노출된 야외 배양이다. 통제된 투입량은 새우 자체(세포 배양 시설에서 오는 경우)이며, 사료뿐만 아니라 탄수화물 추가요소와 농부들이 일상적으로 사용하는 많은 “뱀 기름” 제품 같은 영양소들은 동물에 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않을 수 있다. 새우는 자라며 다양한 사료를 먹고 탈피하며 배설을 하고 일부는 죽는다. 이것은 영양소 집단에 추가된다. 물은 교체될 수도 아닐 수도 있다. 이것(물 교체 상황)은 또한 영양소 총량과 구성에 영향을 미칩니다. 입력 요소들이 제어되고 있다 여기는 것, 즉 우리가 추가하는 것들과 그것들이 미생물 군집을 어떻게 변화시키고 있는지 완전히 알고 있다 여기는 경우는 대부분 환상이다. 미생물 군집은 입력에 반응하여 진화하는 것으로 보이며 구성 요소들 간의 우위를 위한 지속적인 전투가 있는 것과 같은 특성이 있습니다.

이들은 주어진 미생물 군집의 발달에 광범위한 영향을 미칩니다. 우리는 아직 이러한 모든 요소가 어떻게 상호 작용하여 영향을 미치는 방식을 심층적으로 이해하는 초기 단계에 있습니다. 미생물 군집은 안정적이고 변하지 않으며 그들의 제품이 일관되게 유리한 방식으로 미생물 군집을 변화시킨다고 생각하게 만드는 사람들이 있다. 우리는 이것이 사실이 아닐 가능성이 높다는 것을 알고 있다. 이것은 이익이 발생하지 않을 수 있다는 것을 말하는 것은 아니다. 그것은 이처럼 단순하지 않으며, 자료들은 미생물 군집에서 국부적인 변화를 일으킬 수 있음을 시사하고 있고 이러한 변화가 영구적이거나 심지어 새우에게 유리하게 상황을 잠재적으로 바꾸는 데 도움이 되는 도구 이상이라고 선전하는 것은 기껏해야 순진하다 여겨지며 최악의 경우 착각하게 만드는 의도를 가지고 있다.

수생 동물의 경우 대다수 내장에 있는 미생물 군집이 주변 환경에 있는 것과 같다는 보고가 수차례 있었다. 과학자들이 미생물 군집의 구성을 판단할 수 있게 해주는 도구의 출현으로 우리는 스냅샷을 찍을 수 있지만 아직 동영상은 찍을 수 없습니다. (*문장 그대로 하실지 의역인 순간적 상황의 이해는 하지만 지속적인 관찰은 불가능하다. 로 수정하셔서 쓰실지는 정하셔서 하시면 좋을 것 같습니다) 이것은 주장이 제시하는 것만큼 정확하지 않을 수 있는 많은 결론으로 ​​이어진다. 일반적으로 이것은 입력요소, 주변환경, 다른 유기체의 존재 및 우리가 아직 파악하지 못한 다른 요인에 대한 반응으로 미생물 군집이 어떻게 변화하는지를 반영한 ​​것일 수 있다. 스냅샷은 유용할 수 있지만 지속적으로 변경 사항을 매핑하는 경우 표시되는 내용을 반영하지 않을 가능성이 크다.

주어진 순간에 일어나는 일에 기반한 관찰은 특정 유기체의 존재가 숙주의 다양한 측면에 어떻게 분명히 영향을 미칠 수 있는지에 대한 아이디어로 이어질 수 있다. 현재까지의 데이터는 숙주에 직접 작용하거나 간접적으로 미생물 군집 또는 숙주의 다른 구성원에게도 작용하는 대사산물의 생산을 통해 꼭 선호할 것만은 않은 광범위한 영향이 있을 수 있음을 강력하게 시사한다.

우리가 단기적으로 가져올 수 있는 모든 변화가 자동적으로 의미 있는 장기적 이점을 가져올 것이라고 생각하며 속으면 안될 것이다. 문헌은 이러한 특성에 대한 관찰 내용으로 가득하며, 그 중 몇 가지는 그들이 게시하는 것이 현실을 반영한다고 믿게 만들 것이다. 이러한 복잡한 미생물 집합체의 끊임없이 변화하는 특성으로 인해 우리가 스냅샷에서 알아챌 수 있는 것은 단지 어떤 상황이 진행되는지에 대한 단기적 관점을 제공받는 것이다.

물고기와 새우를 위한 일부 제품에서 상품을 먹일 때 미생물 군집이 변경될 것이라고 주장하며 이런 거친 주장의 증거로 데이터를 표시하는 방식으로 의견을 펼치는 것을 보더라도 놀라지 말 것을 바란다. 현재까지 인체에 대한 증거들은 위 주장이 현재 진행 중인 일의 단순화일 수 있음을 시사한다.

우리는 새우와 양식업의 공통 요소인 수많은 변수가 동물의 미생물군집과 주변 환경에 어떻게 영향을 미치는지 분류하는 초기 단계에 있다. 우리가 이 동물들을 요람에서 무덤까지 완전히 생물학적으로 안전한 환경에서 실내에서 생산하고 입력과 출력을 제어할 수 있다면 어느 정도 안정적인 미생물 군집을 얻어낼 수 있을 것이다. 그러나 동물들이 더 빨리 성장하고 유전적 잠재력을 찾아낼 가능성이 더 높은 것이 아니라면 이것이 이러한 시스템에 필요한지 의문이 생긴다. 동물 건강의 관점에서 이러한 시스템이 제대로 운영된다면 병원체는 문제가 되지 않을 것이며 특정 병원체의 존재에 대처하는 동물의 능력에 영향을 미치는 미생물 군집을 갖는 것은 자원 낭비로 여겨질 것이다.

끝으로 할 말은 “주의 사항” 이다. 생물보안, 심지어 어떤 경우에는 생산 양식의 구조적 결함으로 인해서 내재된 문제를 해결하기 위해 마법의 총알을 찾지 말기를 바란다. 새우 양식의 경우 오랜 역사를 지닌 세포 배양 센터에서 동물을 구입하고 개별 순혈종을 끝없이 테스트하는 것이 생산 시스템에서 병원균을 차단하는 가장 좋은(그리고 아마도 유일한) 방법이다. 이를 고려하지 않은 수정 사항에 의존하지 마십시오. 또한 스트레스는 종종 병에 대한 민감성 증가로 이어진다는 점을 명심하십시오. 쇠약해진 동물은 기회주의적 병원체에 의해 죽을 수 있으며, 그 중 다수는 본질적으로 독성이 없습니다. 미생물 군집 조작이 이것을 바꿀 가능성은 없습니다.