[본 콘텐츠는 다비육종의 기술정보지 '다비퀸 2022 가을호'의 일부이며 다비육종의 허락 하에 게재합니다. -돼지와사람]

지난 8월 23일부터 26일까지 4일에 걸쳐 제주도 ICC컨벤션에서 ‘인간과 자연을 위한 축산 (Animal Production for Human & Nature)’ 이라는 주제로 19차 아시아태평양축산학회(Asian-Australasian Association of Animal Production Societies)가 진행되었다. 코로나로 인하여 4년 만에 개최된 이번 학회는 그동안 침체되어 있던 학술 교류의 장을 펼치는 귀한 시간이었다고 생각한다. 

‘Microbiota’는 흔히 미생물상(微生物相)이라 부르며, 돼지의 건강과 관련하여 최근 그 키워드가 비약적으로 증가하였다. 이번 학회에서도 이 미생물상에 관련된 연구들이 많이 소개되었다. 특히 장내 유익균이 장 발달 강화, 면역조절 기능에 직간접적으로 관여함에 따라 숙주의 성장 효율에 긍정적인 영향을 미친다는 점이 부각되었다. 이를 통해 축산 산업계에서 이슈가 되고 있는 항생제 대체 물질 개발, 환경오염 저감을 위한 산화아연 사용 규제, 저탄소 정책 등과 같은 당면 과제에 있어 장내 미생물이 미칠 영향력이 얼마나 매력적인지 다시 한번 실감할 수 있었다. 본고에서는 미생물상과 관련된 강의 하나를 소개 드리고자 한다. 

Intestinal health, mucosal microbiota and the growth of nursery pigs(노스캐롤라이나주립대, 김성우 교수)
돼지의 장내 미생물상에 영향을 미치는 요인으로는 숙주의 유전체, 성별, 일령, 사료 등이 있다. 특히 어떻게 사료를 급이하는가에 따라 미생물상이 달라질 수 있기 때문에 프로바이오틱스, 프리바이오틱스 등과 같은 미생물제제의 활용은 사료관리에 있어 그 중요성이 점점 커져가고 있다. 돼지의 성장에 도움을 주는 장내미생물상이 초기에 정착될 수 있도록 유도하는 것이 더 뛰어난 효과를 보여주는 것으로 보고됨에 따라 자돈 시점부터의 사료 관리가 중요하다고 할 수 있다. 

장내미생물의 서식지가 되는 위치는 소장과 대장으로 분류되며, 일반적으로 대장의 미생물상을 돼지의 분변을 통해 분석하여 비교하는 연구들이 활발히 진행되어 왔다. 최근에는 점막의 미생물상이 중요하다는 연구가 발표됨에 따라 장점막의 소화, 흡수, 면역시스템이 활발하게 일어나는 소장 부위를 타겟으로 하는 연구들이 활발히 진행되어 미생물상의 연구 무대가 소장으로 옮겨가는 추세이다.

소장은 십이지장(Duodenum), 공장(Jejunum), 회장(Ileum)으로 나눌 수 있는데 공장은 전체 소장에 있어 약 80% 비율을 차지하고 있고, 섭취한 사료 영양소의 대부분이 소화되고 흡수되는 구간이기 때문에 미생물상의 분석은 공장에서 이루어진다(그림1).

미생물상은 그 위치에 따라 1) 내강 미생물상(Luminal microbiota) 2) 점막 미생물상 (Mucosa-associated microbiota) 3) 분변 미생물상(Fecal microbiota)으로 나눌 수 있다. 

여기서 내강은 관상 구조를 이루고 있는 소화기관 내부의 비어 있는 공간을 뜻하고, 코, 입, 폐, 위 등과 같은 신체 관강 부위의 내면을 감싸고 있는 조직을 점막이라고 한다. 즉 돼지의 소화기관에 있어 내강은 외부로부터 들어오는 소화물(digesta)이 지나가는 통로이며, 이 통로의 내벽에 존재하는 주름과 혈관 그리고 융모들이 점막 부위이다.

그림2의 A에 보여지듯 이 통로를 점유하고 있는 미생물상인 '내강 미생물상'은 장내 소화물과 상호작용하여 영양소의 소화와 대사물 분비에 영향을 미치고 대사 생성물을 통해 간접적으로 장내 면역시스템을 조절하는 역할을 한다. 소화기 내면 상피세포 점막부위에 서식하고 있는 미생물상인 '점막 미생물상'은 장 면역세포에 직접적인 영향을 미치며, 병원성 미생물들의 군집을 예방하는 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

'분변 미생물상'은 대장(large intestine)의 미생물상을 대표하며, 분을 통해 샘플링 할 수 있어 비교적 쉽게 미생물상에 대한 분석이 가능하기 때문에 많이 이용되어 왔었던 것이 사실이다. 그러나 앞서 언급했듯이 최근 연구의 방향은 공장의 점막 미생물상이 영양적 treatment(관리)에 의해 어떻게 영향을 받고, 면역시스템이나 성장에 어떤 변화를 줄 수 있는지에 대해 집중되고 있다.

현대의 양돈농장은 3~4주령에 어미로부터 이유하는 프로그램이 보편화되어 있어 이유시점 자돈들의 장은 매우 불안정한 상태이다. 이렇듯 초기 이유자돈의 장 내부 점막 기능이 완전하지 못하기 때문에 외부로부터 들어오는 사료 내 항영양인자, 알러지 유발물질, 독소, 병원성세균에 매우 취약하여 치명적인 영향을 받을 수밖에 없다. 이들로부터 공장 점막의 미생물상이 변화하고 면역반응이 일어나며 아래와 같은 과정들이 동반되게 된다.

1) Alteration in mucosal microbiota(장점막 미생물상의 변화)
2) Initiation of mucosal inflammation(장점막 염증반응 개시)
3) Mucosal oxidative damages(장점막 산화데미지)
4) Damages to the epithelium and gut leaking(장 상피세포의 데미지와 장누수)
5) Reduced nutrient utilization(영양소 이용율 감소)
6) Reduced growth and impaired overall health(성장 정체와 전반적인 건강상태 악화)

[그림3]은 자돈의 장내 미생물상이 내강과 점막에 있어 시간이 흐름에 따라 어떻게 변화하는지를 보여준다. 각각의 미생물상 분석은 소화물(digesta)과 장점막을 통해 분석되었으며 Phylum(문, 생물분류 단위) 수준에서 분석하였을 때 내강 미생물상은 이유 후 7일, 27일 시점 모두 Firmicutes(후벽균)가 우점하였고, 점막 미생물상과는 다른 양상을 보여주었다.

Genus(속, 생물분류 단위) 수준에서 분석하였을 때도 내강 미생물상은 Lactobacillus(유산균)가 우점하였고, 마찬가지로 점막 미생물상과는 다른 패턴의 미생물상을 보여주었다. 이러한 차이는 내강과 점막 부위의 산소, pH(산도), 대사생성물이 미생물상의 군집에 영향을 주기 때문에 나타난다. 장내미생물상은 이유 후 시간이 흐름에 따라서도 변화한다. 이는 이유자돈의 장내미생물 균형을 유지하기 위한 영양 관리가 필요하다는 것을 의미한다. 

양돈산업에 있어 장내 미생물에 대한 관심은 비단 연구자뿐만 아니라 생산자들에게 있어서도 계속 커지고 있다. 미생물제제를 통해 악취를 저감하는 사례, 육질 개선 사례들이 보고됨에 따라 앞으로는 돼지도 키우고, 미생물도 키우는 양돈장들이 늘어나지 않을까 조심스럽게 예상해본다. 나아가 미생물상의 연구가 더욱 활발하게 이루어짐에 따라 어떠한 영양적 관리가 돼지들의 장내 미생물상을 변화시켜 더 효과적으로 면역시스템을 이롭게하고, 더 좋은 소화효율을 가져올 수 있을지 그 근거자료로써 활용성이 높아질 것으로 생각한다.