Cooking Shapes the Structure and Function of the Gut Microbiome_2019

한줄 요약: 고기나 다른 채소와 달리, 전분 함량이 높고 그 중 저항성 전분 비율이 높은 고구마나 감자같은 채소는 조리해서 먹으면 장내 미생물 다양성이 풍부해진다^​1​.

논문: Carmody et al. (2019) Nat Microbiol.

• 채소를 가열하게 되면 고구마나 감자 같은 채소에 풍부한 전분이 호화(gelatinization)된다. 이때 전분을 구성하는 성분인 아밀로펙틴(amylopectine)의 세미 크리스탈린(semi crystalline)과 아밀로오스(amylose)가 열에 의해 구조가 변하는데, 우리가 흔히 아는 침샘에서 분비되는 아밀라아제(amylase)에 의해 쉽게 분해되는 구조가 된다.

• 열로 요리하면, 2가지 효과가 있다. (1) 채소의 소장에서의 소화흡수율이 증가한다. 따라서 대장에 도달하는 탄수화물 양은 줄어들어 전분을 분해할 수 있는 장내 미생물의 발효 능력에도 영향을 미칠 수 있다. (2) 채소를 기르는 과정에서 자연적으로 발생하거나 인위적으로 처리된 항균 물질 (antimicrobial compounds)도 열에 의해 변성될 수 있다.
• 다양한 식품 성분이 장내 마이크로바이옴에 미치는 영향을 잘 연구되어 있으나 식품 조리가 장내미생물에 미치는 영향에 대해선 많이 연구되어 있지 않기에 앞으로 식품 조리와 장내 미생물 연관성에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에선 식품 조리가 장내미생물에 미치는 전반적인 영향을 추정하였다.
• 본 연구에서는 먼저 총 24마리의 쥐를 4마리씩 6개의 그룹으로 나누어 5일 동안 다른 식이를 적용했다. 소고기를 먹이는 12마리 중 4마리는 생 소고기를 먹이고 8마리는 조리된 소고기를 먹였다. 조리된 소고기를 먹인 그룹 중 4마리는 식사량이 자유로웠으나 나머지 4마리는 제한된 양만 먹였다. (제한된 양만 먹인 이유는 조리에 의해 추가적인 에너지 획득이라는 변수를 제외하기 위한 것이다.) 고구마를 먹인 그룹도 같은 방법으로 그룹을 나누어 식이를 했다.

• 같은 식품 (고구마 또는 소고기)을 섭취한 그룹 내 개체들의 장내 마이크로바이옴 형태가 빠른 시일 내에 비슷하게 변했다. 소고기와 고구마로 인한 마이크로바이옴의 다른 변화가 분명히 나타났다. (아래 차트).

• 조리 유무에 따른 마이크로바이옴의 차이를 보면, 소고기는 차이가 나지 않지만, 고구마는 유의한 차이를 보였다. (아래 차트)

• 조리된 고구마를 먹은 그룹은 생 고구마 그룹에 비해 Bacteroidetes의 비율이 증가하고, 종 다양성이 커졌다. 하지만 대변의 세균의 밀도가 유의하게 증가하지는 않았다. 일반 사료은 채소를 구워서 만들기 때문에, 조리된 고구마 그룹과 유사하게 결과가 관찰되었다 (아래 차트)

• 이번엔 가열에 따라서 전분 흡수율이 달라진다는 사실을 바탕으로 이번엔 전분 흡수율이 높은 식이를 한 그룹과 낮은 식이를 한 그룹으로 나누어 28일간 실험을 진행하였다. 낮은 흡수율 그룹 (LDS)는 high-amylose resistant starch를 높은 흡수율 그룹 (HDS)은 high-amylopectin waxy maize starch를 먹였다. 본 실험은 일반쥐와 무균쥐에 대해 실시하였다.

• LDS와 HDS 사이에 장내 미생물 군집은 명확하게 차이를 보였다. HDS 그룹은 LDS 그룹보다 음식 섭취량은 적었으나 체지방 함량은 유사했다 (이는 저항성 전분 함량이 높을 수록(LDS) 체중 감소에 효과적이기 때문이다^​2​). LSD의 경우 대장에서 마이크로바이옴에 의한 에너지 전환이 활발하다고 볼 수 있다. 일반쥐에서 다양성의 차이가 없었고, 무균쥐 모델에서만 HSD에 비해 LDS 그룹의 다양성이 줄었다. 즉, 고구마를 익혔을때와 저항성 전분이 적은 (소화가 잘되는) 것을 먹을 때 공통적으로 다양성이 높게 관찰되었다.

• 전분의 함량에 따른 변화를 보기 위해 총 6가지의 채소 (고구마, 감자, 옥수수, 완두콩, 당근, 비트)를 선정하였고, 전분함량과 소화 흡수율을 기준으로 다음과 같이 그룹을 나누었다.

• 관찰 결과, 전분 함량이 높지만 소화 흡수율이 낮은 고구마, 감자를 먹은 그룹은 조리를 하면 마이크로바이옴 다양성이 증가하는 것을 관찰하였다. 반면에 전분 함량과 흡수율이 높은 채소와 전분 함량이 낮은 채소를 먹은 그룹은 조리 유무랑 상관 없이 장내 미생물 다양성이 비슷했다.
• 영양적인 요인 이외에도, 열이 가해 짐에 따라서 채소 속의 자연적으로 생산되거나 인위적으로 처리된 항균 물질(antimicrobial compounds)이 변성될 수 있다. 연구진은 조리에 따른 항균 물질의 변화가 장내 마이크로바이옴에 주는 잠재적인 영향을 확인해보았다.
• 실험 방법은 다음과 같이 4개 그룹으로 나누어 진행하였다. 그리고 분변에 살아 남아있는 미생물의 수와 죽은 미생물의 수를 추정해서 비교하였다.

• 항생제를 인위적으로 처리한 positive control과 비슷하게, 조리가 안된 생 고구마를 먹은 그룹에서 사멸한 미생물의 비율이 약 4~5배 가량 높은 것이 확인되었다. 이는 생 고구마에 열에 약한 항생 물질이 존재함을 의미한다.

• 또한 채소를 가열함에 따라서 항균 물질 뿐만 아니라 다양한 성분의 함량도 변화했다.

• 쥐의 장내 마이크로바이옴에 영향을 미치는 ‘채소를 조리해서 먹는 것’이 사람에게도 같은 결과를 나타내는지 확인해보았다. 8명의 건강한 참가자들을 대상으로 생 채소 식이 또는 조리된 채소 식이를 진행하였다.

• 사람의 대상으로 한 실험에서는 정상 식이와 plant-based diet의 다양성 차이는 관찰되었지만, 조리 유무에 따른 차이는 없었다. 조리 유무에 따라 서로 다른 세균의 종 (OTU)가 증가하거나 감소하는 것이 관찰되었다. (주: 본 짧은 기간의 임상연구를 통해 동물실험이 재현되기 어렵게 보임)

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• 결론을 정리하면

1. 전분이 풍부하고 소화 흡수율이 낮은 고구마와 감자 같은 채소는 익힐 때 장내 미생물의 다양성이 증가한다.
2. 채소를 가열하면 채소에 존재하는 항생 물질이 비활성화되고 장내 미생물이 죽는 것을 방지할 수 있다.

References

1. 1.

   Livesey G. The impact of complex carbohydrates on energy balance. Eur J Clin Nutr. 1995;49 Suppl 3:S89-96. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8549567.