프로바이오틱스로 쓰이는 Lacticaseibacillus rhamnosus GG는 장에 얼마나 오래 남을까?

프로바이오틱스를 먹으면 그 세균이 장에 정착해 계속 살아갈 것이라고 생각하기 쉽다. 그러나 사람의 장은 이미 수많은 미생물이 자리를 차지하고 있는 생태계이므로 외부에서 들어온 균주가 영구적으로 자리 잡는 일은 단순하지 않다. 대표적인 프로바이오틱 균주 Lacticaseibacillus rhamnosus GG도 이 점을 잘 보여준다. GG는 종 이름이 아니라 Lacticaseibacillus rhamnosus에 속하는 특정 균주이며 ATCC 53103으로 보존돼 있다. 과거 논문에서는 Lactobacillus rhamnosus GG라는 이름이 사용됐지만 2020년 Lactobacillus 속의 재분류 이후 현재는 Lacticaseibacillus rhamnosus GG로 부른다. 사람 대상 연구에서는 섭취를 중단한 뒤에도 일정 기간 대변이나 대장 점막에서 GG가 검출될 수 있지만, 이것을 평생 장에 정착한다는 의미로 해석해서는 안 된다. 오히려 GG는 '붙을 수 있지만 결국 대부분 사라지는 세균'이라는 점에서 프로바이오틱스의 장내 체류가 무엇을 의미하는지를 이해하기 좋은 사례이다.

대변에서 검출되는 것과 장에 정착하는 것은 같은 말이 아니다

프로바이오틱스의 체류 시간을 연구할 때 가장 흔하게 사용하는 시료는 대변이다. 섭취한 균주가 위와 소장을 지나 살아남았다면 대변에서도 검출될 수 있기 때문이다. 그러나 대변에서 균이 발견됐다는 사실만으로 장 점막에 실제로 붙어 있었다고 단정할 수는 없다. 음식물과 함께 장을 통과하고 있던 세균도 대변에서 검출되기 때문이다. 반대로 대변에서 더 이상 발견되지 않더라도 점막의 일부에 소량 남아 있을 가능성도 있다.

이 차이를 확인한 고전적인 사람 연구가 1999년 Applied and Environmental Microbiology에 발표됐다. 연구진은 지원자들에게 GG가 들어 있는 발효 유청 음료를 12일 동안 섭취하게 하고 대변뿐 아니라 대장 내시경으로 얻은 점막 생검 시료도 조사했다. GG는 섭취 기간에 대변에서 높은 수준으로 검출됐고 일부 사람에서는 섭취를 중단한 뒤에도 점막에서 확인됐다. 연구에서는 중단 후 1주 이상 지난 시점에도 일부 생검 시료에서 GG가 회수됐다. 이는 GG가 단순히 장을 빠르게 통과하는 것만은 아니며 사람의 대장 점막에 일시적으로 부착할 수 있음을 보여준다. 동시에 사람마다 검출 양상이 달랐다는 점도 중요하다.

SpaCBA 섬모는 GG가 장 점액을 붙잡는 중요한 장치이다

GG가 다른 L. rhamnosus 균주보다 장 점액에 잘 붙는 이유는 유전체 연구를 통해 더 구체적으로 밝혀졌다. 2009년 GG의 약 3.0 Mb 유전체를 식품용 균주 LC705와 비교한 연구에서는 GG에 특징적인 유전체 영역에서 spaCBA 유전자군이 발견됐다. 이 유전자들은 세포 표면에 길게 돌출되는 단백질성 pilus를 만든다. 특히 SpaC 단백질은 사람의 장 점액과 결합하는 데 중요한 역할을 한다. spaC를 기능하지 못하게 만든 돌연변이에서는 점액 결합 능력이 크게 감소했다.

후속 연구에서는 이 구조가 SpaA, SpaB, SpaC로 이루어진 이종삼량체성 SpaCBA pilus임이 확인됐다. SpaA는 주로 섬모의 줄기를 구성하고 SpaB는 기저부에서 관찰되며, 점액 결합에 중요한 SpaC는 끝부분뿐 아니라 섬모 전체에 분포한다. 이 배치는 세균이 점액과 여러 지점에서 접촉할 수 있게 한다. 흔히 프로바이오틱스가 '장에 잘 붙는다'고 표현하지만 여기에는 실제 분자 구조가 존재하는 셈이다. 다만 부착 능력이 곧 영구 정착 능력은 아니다. 점액층은 계속 만들어지고 떨어져 나가며 장 내용물도 이동하기 때문에 GG 역시 지속적으로 배출된다.

며칠 남는다는 하나의 숫자로 체류 시간을 정하기 어려운 이유

GG가 장에 얼마나 오래 남느냐는 질문에는 모든 사람에게 적용되는 하나의 숫자를 제시하기 어렵다. 초기 사람 연구에서 섭취 중단 뒤 1주 이상 점막에서 검출된 사례가 있었지만 이는 소규모 연구 결과이며 모든 참가자에게 동일한 기간 동안 검출된 것은 아니다. 섭취량과 섭취 기간, 검사 방법, 개인의 기존 장내 미생물군과 식생활에 따라 결과가 달라질 수 있다. 또한 배양으로 살아 있는 세균을 찾는 방법과 균주 특이적인 DNA를 검출하는 방법도 의미가 다르다.

최근 연구 역시 이런 구분의 필요성을 보여준다. 2025년 발표된 연구에서는 야생형 GG와 장 통과 과정에서 선택한 변이 균주의 체류를 생쥐에서 비교했다. 원래 GG는 평균적인 분변 배출 지속 시간이 약 6일로 계산된 반면 반복적인 장 통과를 거쳐 선택된 계통에서는 더 길어졌다. 그러나 이것은 생쥐 실험이며, 변형되지 않은 GG를 먹은 사람에게 그대로 적용할 수 있는 체류 기간 자료가 아니다. 오히려 이 결과는 장내 지속성이 고정된 종의 성질이 아니라 균주의 유전적 특성과 숙주 환경의 상호작용으로 달라질 수 있음을 보여주는 자료로 보는 것이 적절하다.

프로바이오틱스의 효과와 영구 정착을 구분해야 한다

프로바이오틱 균주가 효과를 나타내려면 반드시 장에 평생 정착해야 하는 것은 아니다. 장을 통과하는 동안 점액이나 상피와 상호작용하고 다른 미생물과 경쟁하거나 대사산물을 만들 수 있기 때문이다. 반대로 대변에서 오래 검출된다는 사실만으로 특정 건강 효과가 입증되는 것도 아니다. 프로바이오틱스의 효과는 균주별·질환별 임상시험으로 따로 평가해야 하며 L. rhamnosus라는 같은 종의 다른 균주에서 얻은 결과를 GG의 효과로 바꿔 말해서도 안 된다. GG의 SpaCBA 섬모처럼 균주 수준에서 다른 특징이 실제로 존재하기 때문이다.

GG를 둘러싼 연구에서는 또 하나 주의할 점이 있다. 제품에 들어 있는 균주의 유전적 상태가 항상 완전히 동일하다고 가정할 수 없다는 것이다. 일부 과거 유제품 분리주에서는 SpaCBA 관련 영역이 소실된 사례가 보고됐지만, 2021년 산업적으로 생산된 GG를 조사한 연구에서는 분석한 대부분의 분리주에서 유전체와 SpaCBA 관련 특성이 보존돼 있었다. 따라서 특정 제품의 GG가 얼마나 오래 체류하는지까지 예측하려면 균주 확인과 제품 상태, 섭취 조건이 모두 중요하다.

'살아서 통과한다', '점막에 잠시 붙는다', '장에 영구 정착한다'를 같은 뜻으로 사용되는 것은 아니다. 사람 생검 연구는 GG가 점막에 실제로 부착하고 섭취 중단 후에도 한동안 남을 수 있음을 보여주지만 영구적인 장내 주민이 된다는 근거는 아니라는 것이다. 오히려 계속 교체되는 장 점액층에 붙었다 떨어지면서 일정 기간 체류한다는 설명이 현재 자료와 더 잘 맞는다. 프로바이오틱스를 이해할 때도 오래 남는 균이 무조건 좋은 균이라는 단순한 기준보다, 체류하는 동안 무엇을 하는지를 균주 수준에서 확인하는 편이 과학적으로 더 의미 있다고 본다.

참고자료

• Alander M, Satokari R, Korpela R, et al. Persistence of Colonization of Human Colonic Mucosa by a Probiotic Strain, Lactobacillus rhamnosus GG, after Oral Consumption. Applied and Environmental Microbiology. 1999;65(1):351-354. doi:10.1128/AEM.65.1.351-354.1999.
• Kankainen M, Paulin L, Tynkkynen S, et al. Comparative genomic analysis of Lactobacillus rhamnosus GG reveals pili containing a human-mucus binding protein. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2009;106(40):17193-17198. doi:10.1073/pnas.0908876106.
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• NCBI GenBank. Lacticaseibacillus rhamnosus GG strain GG (ATCC 53103), complete genome. Accession FM179322.1.