인간 모유 올리고당(HMO): 장 마이크로바이옴의 설계자이자 면역 발달의 조율자

 

오랫동안 알려져 있었지만 진가를 재조명받고 있는 분자들이 있다. 인간 모유 올리고당(Human Milk Oligosaccharides, 이하 HMO)은 그중 하나다. 모유에서 유당과 지질 다음으로 많이 존재함에도 불구하고, 지난 수십 년간 HMO는 과학의 중심에서 다소 비켜나 있었다. 그러나 최근 첨단 분석 기술과 생명공학의 발전은 이 분자군에 대한 이해를 완전히 다른 차원으로 끌어올리고 있다.

이 글은 "HMOs: Microbiome-Related Benefits and Their Potential Beyond Immunity"라는 심포지엄 내용을 바탕으로, HMO가 유아의 장내 미생물 생태계, 면역 발달, 그리고 이후 건강 결과에 미치는 복합적인 영향을 서술하고자 한다.

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HMO는 무엇이고, 왜 지금 다시 주목받는가?

19세기 말부터 HMO는 이미 존재가 알려져 있었지만, 그 구조적 다양성과 기능적 역할을 정확히 규명하는 것은 오랜 시간 동안 어려웠다. 하지만 최근의 분석기술은 HMO의 세부 구조를 정밀하게 파악할 수 있게 되었고, 생명공학 기술은 특정 HMO를 대규모로 생산할 수 있는 수준에 이르렀다. 이를 통해 HMO는 단지 ‘모유 속 당’이 아니라, 유아의 미생물 환경을 설계하고 조절하는 생리학적 조정자로 자리매김하게 된다.

현재는 모유 유래 HMO와 생명공학적으로 생산된 유사 구조를 구분하기 위해 ‘HIMO(Human Identical Milk Oligosaccharide)’라는 명칭도 사용된다.

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유전적·환경적 다양성과 그 영향

모유 속 HMO의 조성은 전적으로 고정되어 있지 않다. 모체의 유전자형, 특히 FUT2 및 Lewis 유전자 다형성은 HMO의 농도와 종류에 결정적인 영향을 준다. 예를 들어, FUT2 ‘분비자’ 유전형을 가진 어머니만이 2-푸코실락토스(2FL)를 생산하며, 이는 서구권 모유에서 가장 흔한 HMO 중 하나다.

그러나 놀랍게도, 이러한 HMO 구성의 차이가 유아 장내 마이크로바이옴 구성에 결정적 영향을 미치지는 않는다는 결과가 여러 연구에서 반복되었다. 모유에 2FL이 있든 없든, 아이가 모유 수유를 받고 있는 한 미생물 군집은 어느 정도 유사한 경로를 따르며 건강 결과도 유의미한 차이를 보이지 않았다.

이러한 ‘기능의 중복성’은 생물학 시스템에서 자주 발견되는 특징이다. 하나의 경로가 막히더라도 다른 경로가 그 기능을 보완하는 유연성은, HMO와 비피도박테리아(Bifidobacterium) 간의 상호작용에서도 드러난다. 다양한 HMO를 대사할 수 있는 능력을 지닌 균주가 존재하고, 여러 종류의 HMO 역시 유사한 기능을 수행할 수 있기에 시스템은 어느 정도의 조합적 자유도를 허용한다.

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마이크로바이옴과 면역 건강: 맞춤형 바이오틱스의 잠재력

이제 많은 연구자들이 HMO와 특정 프로바이오틱스, 특히 B. longum subsp. infantis의 조합이 유아기 건강에 미치는 영향을 본격적으로 탐구하고 있다. 산업화된 사회에서는 이 유익균이 감소하는 경향을 보이는데, 이는 초기 HMO 섭취 부족과 관련되어 있다.

HMO가 첨가된 분유에 대한 임상 연구들은 안전성과 내약성을 입증했고, 특히 모유 수유 유아와 유사한 장내 세균군 형성을 유도한다는 점이 확인되었다. 더불어, B. infantis LMG1 11588이라는 균주와 HMO의 조합은 장 염증 마커(예: 칼프로텍틴, 알파-1-안티트립신)를 유의하게 감소시키고, Th2 및 Th17 면역세포 군을 억제해 알레르기성 질환의 위험을 줄일 수 있음을 시사했다.

이러한 결과는 단지 ‘유사 마이크로바이옴’을 만드는 것에 그치지 않고, 면역계의 발달 자체에 영향을 미칠 수 있는 가능성을 열어준다. 특히, 제왕절개로 태어난 유아나 항생제에 조기 노출된 유아처럼 초기 마이크로바이옴 형성이 지연되거나 왜곡된 환경에 놓인 유아들에게 맞춤형 전략으로 유용할 수 있다.

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HMO는 언제까지 필요한가?

세계보건기구는 생후 6개월까지의 완전 모유 수유를 권장하고 있으며, 가능하다면 2세까지 지속할 것을 제안하고 있다. 하지만 현실적으로 많은 부모들이 6개월 전후부터 보완식을 시작하며 분유와 병행하거나 모유 수유를 중단하게 된다. 이때, 분유에 HMO를 첨가함으로써 모유에서 제공되던 면역·미생물 조절 기능을 일정 부분 보완할 수 있다는 논의가 진행 중이다.

또한, ‘형제가 있는 유아’는 형제와의 접촉을 통해 장내 유익균을 공유받을 가능성이 있으며, 이는 제왕절개 유아의 미생물 궤적을 질식 분만 유아와 유사하게 만들 수 있다는 흥미로운 가설도 제시되고 있다.

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결론: 진화적 설계를 이해하고 복제하려는 시도

이번 심포지엄은 단순히 HMO의 기능을 나열하는 데 그치지 않고, 진화적으로 설계된 인간 모유의 복잡성과 그 기능적 역할을 이해하려는 깊이 있는 논의를 제공한다. 궁극적으로 우리는 다시금 “모유가 최고(Breast is Best)”라는 명제를 떠올리게 되지만, 그 이면에는 모유 수유가 어려운 상황에서도 생리학적 이점을 최대한 구현하려는 과학의 노력과 도전이 자리한다.

지금 우리는 모유의 복잡한 설계를 분자적 수준에서 해독하고, 기능적으로 복제하려는 문턱 위에 서 있다. 이러한 노력은 유아 개인의 유전적, 환경적 배경에 맞춘 맞춤형 영양과 면역 지원으로 확장될 수 있으며, 이는 향후 소아 알레르기, 대사질환, 장 기능 이상에 대한 예방적 접근의 기초가 될 것이다.

 

 

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