- 닥터오라클 권한솔 학술연구원

 (서울대학교 생명과학과 석사)

스킨 마이크로바이옴 

마이크로바이옴(미생물생태계)의 정의: 인체에 서식하는 "미생물(microbe)"과 "생태계(biome)"를 합친 말로 우리 몸에 사는 미생물과 그 유전정보를 일컫는 단어입니다. 인체 마이크로바이옴의 수는 순수한 인체의 세포수보다 두 배 이상 많고 유전자 수는 100배 이상 많습니다. 따라서 미생물을 빼놓고 인간의 유전자를 논할 수 없을 정도이기에 제2의 게놈(Second Genome)이라 부르기도 합니다. 마이크로바이옴은 유익균과 유해균이 생성되는 원리와 질병간의 연관성 등을 분석할 수 있어 신약 개발 및 불치병 치료법 연구에 폭넓게 활용될 수 있는 분야입니다. 또한 마이크로바이옴은 식품, 화장품, 치료제 개발에 쓰입니다. 다만 이를 활용한 의약품 개발 연구는 대부분 초기 단계여서 제품 개발까지는 시간이 걸릴 전망이라고 합니다.

피부 장벽과 스킨 마이크로바이옴은 해로운 외부 환경으로부터 보호하여 주는 일종의 방패역활을 합니다. 스킨 마이크로바이옴 밸런스가 잘 유지 될 시 피부에는 영구적이거나, 일시적인 균집 형성이 적절히 작용하여 피부의 붉어짐, 건조, 피부표면 약화로 인한 노화 징후으로부터 보호하는 작용을 합니다. 기존 마이크로바이옴 연구는 대장균에 대한 무익균, 유익균, 공생균 등등 음식물을 소화 할 때 우리 몸속 고유 장기로부터 기능보다 대장균의 활동이나 기여가 큰 것으로 보고 시작되었습니다. 소화 뿐만 아니라, 특이적 신체 보유자의 대장균을 이식 받으면, 신체의 특이점도(뚱뚱한 사람 → 마른사람 대장균 이식 → 마른사람) 이어받음으로 여러 신체 대사 작용에도, 신체 내부적 생리 활동도 대장균 구성, 및 조합으로 인하여 적절히 환경이 조성되어 지는 것으로 연구결과 나왔습니다. 이러한 내부적 조건이 있다면 스킨 마이크로바이옴도 크게 다르지 않습니다. 특정 유익균, 유산균의 각종 대산물이나 일부분(프로바이오틱)이 함유된 화장품을 표피층(epidermis)에 도포하여 약해진 스킨 마이크로바이옴 강화 및 활성화에 도움을 줄 수 있으며, 우리 몸에서 분해나 소화 할 수 없으나 몸에 서식하는 유인균이 자원으로 활용할 수 있는 특정 당류나 그 외 성분(프리바이오틱) 함유 화장품을 통해 피부 보습도 하며, 고유 스킨 마이크로바이옴에게 건강한 먹이를 제공해주어 피부 면역체계를 강화하여 질병을 예방하는 등의 건강한 피부를 위한 여러가지 방안으로 기능성 화장품 원료로서 활용되고 있습니다.

1. 프로바이오틱스는? 

150x 전자 현미경에서 찍은 Lactobacillus. 사진에 사용된 Lactobacillus는 시중에 판매 되는 건기식에서 샘플한 것. 요구르트에 함유디어 있으며, 장의 유익균으로서 gram-positive, rod-shaped, probiotics이며, 각종 가공 식품 발효에 사용된다.

“프로바이오틱스”의 일반적인 정의는 숙주에게 유익한 효과를 내는 살아있는 미생물으로서, 유용한 효과가 자료로 도출 될 수 있을 정도여야 합니다 (Hills et al 2014). 살아있는 박테리아의 형태로는 lactobacillus와 bifidobacteria가 흔하여 요거트, 김치, 치즈, 콤부차 등에 풍부합니다. 피부위에 도포시 피부 마이크로바이오타의 구성균 및 그 밸런스에 영향을 끼치며, 자연스러운 발효과정을 통해 젖산을 비롯한 산을 만들어내는데 이는 약산성 피부환경을 조성하여 해로운 균의 발달을 억제하여 피부 건강을 돕습니다. 하지만 살아있는 유익균이 피부에 미치는 좋은 영향들은 익히 보고되어 왔으나, 실질적인 화장품 구성분으로 사용은 법적 제한이 있습니다.

유익균을 발효하여 생산된 성분을 화장품 원료로 사용하는데, 이를 “프로바이오틱(pro-biotic)”이라고 합니다. 가장 널리 쓰이는 균주는 락토바실러스(젖산간균, Lactobacillus)”입니다. “비피도박테리움(bifidobacterium)”도 흔히 사용 되는 편이며, “락토코쿠스, 스트렙토코쿠스, 르코노스톡, 페디오코쿠스 와 사카로마이시스” (Lactococcus, Streptococcus, Leuconostoc, Pediococcus, Saccharomyces)은 안직 사용이 드문 편입니다 (Christensen et al. 2018). 락토 바실러스 발효물(lactobacillus ferment)은 박테리오신을 생산하여 항균 작용을 하며, 외부 유해 성분으로 부터 피부 보호 하기도 하며, 화장품의 유효기간을 늘려주는 천연 보조제 역할도 한다고 합니다. 이 성분은 2009년 에스티로더에서 독점 특허를 낸 성분이기도 한데, 해당 자료에 따르면 DNA 보수 기능이 있는 효소도 있어 피부 조성분으로 유용하다고 합니다.

2. 프로바이오틱 기능은? 

화장품을 통해 프로바이오틱을 공급함으로 피부의 겉표면의 마이크로바이옴을 건강하게 유지할 수 있습니다. 그리고 건강한 스킨 마이크로바이옴은 피부장벽 강화에도 도움을 줍니다. 스킨 마이크로바이옴 밸런스는 건강한 면역체계를 지원하여 각종 피부병을 예방 할 수 있으며, 피부를 젊어 보이게하며(younger appearance), 유수분 밸런스(moisture balance), 피부의 탄탄함(firmness of skin) 등 여러 도움이 됩니다.

프로바이오틱의 역할 

1) 피부 장벽 개선: 대사에 필요한 각종 영양물을 공급하여 피부장벽 개선

2) 피부 약산성 유지 : short-chain 산을 생산함; 예를 들어 acetic, 젖산, formic 등 이렇게 생산된 짧은 애시드는 피부의 약산성 pH를 유지하여 유해균 예방

3) 항균작용: 락토바실루스의 경우 박테리오신(bacteriocins)[ 그람양성세균과 그람음성세균에 의해 생산되는 단백질 또는 단백질과 탄수화물의 복합체로 구성되어 있는 항균성단백질 ]를 생성  

4) 비타민 합성: 피부 구조상 분자상태의 extracellular 비타민 B, K를 합성하여, 표피 혈액으로 흡수 시킵니다.

5) 항암효과: 전체적인 피부 표면의 면역체계 활성화 및 보호 기능 역할. 예: 병원체+수용체 결합을 억제하는 경쟁적 억제 활성화 procancerogen 양을 감소시킴으로 종양을 예방, 세균의 면역기능 변화 및 통제 기능 감소시킴 - (Belkaid et al. 2018)

3. 프리바이오틱스는? 

“프리바이오틱” 성분들은 숙주의 microflora(microbiota;microbiome)에 구성적인 배합 그리고/혹은 활성도에 변화를 가지고 올수 있는 것들을 의미합니다. 프리바이오틱 성분의 특징은 숙주 특이적 효소(host’s own enzyme)으로 인해 분해 될 수 없으며, 숙주의 건강에 유익한 효과를 일으킬 수 있어야 하며, [이는 ‘프로바이오틱” 성분과 마찬가지로 효과가 자료로 도출 될 수 있을 정도(유의미; p<0.05)여야 합니다] (Christensen et al. 2018). 다시 말해, 유익균이 사용할 수 있는 물질로서, 숙주가 분해할 수 없어야 하며, 숙주의 건강에 유의미한 정도로 유익해야 합니다. [가끔 프로바이오틱과 혼동되어 사용 되기도 합니다.] 알파 글루칸 올리고당(alpha-glucan oligosaccharide), 이눌린(inulin), 젖산(lactic acid), 락토오스, lactis proteinum(소우유 단백질) 등은 프리바이오틱 제품에서 가장 일반적으로 발견되는 성분입니다 (Christensen et al. 2018).

화장품에서 사용되는 프리바이오틱스는 숙주 유래 효소 등 균을 제외한 다른 요소로 인하여 변이되면 안되며, 오로지 유익균에 의해 사용되어야만 합니다. 이뿐만 아니라, 스킨 마이크로바이옴의 배합 그리고/혹은 해당 microbiota의 활성도에 구체적인 변이를 가져와야 하며, 그 변화는 숙주의 건강에 유익해야만 합니다. 보통 프리바이오틱스는 짧거나 긴 고리(chain)형태의 다양한 종류의 단량체(monomer)로 이루어진 잔가지가 간간이 쳐진 형태의 탄수화물입니다. 이때 단량체 결합은 인간 유래 효소에 의해 분해 되면 안되면, 구체적인 세균으로 인하여 대사되거나, 활용되어야만 합니다 (Vignæs, 2012). 피부에 좋은 프리바이오틱스 성분은 식물성 당류, 예를 들어, 자일리톨, 람노오스, 그리고 프룩토-올리고사카라제군의 다양한 당류가 있으며, 그 기능으로도 강력하나, 천연 보습제로 사용될 수도 있어 그 가치가 높다고 볼 수 있습니다. 이 외에도: (Christensen et al. 2018, Kondepudi et al. 2012)

· fructans [ which may be fructoligosaccharides or inulin ] FOS

· galacto-oligosaccharides, [consisting of galactose monomers ] GOS

· lactulose [ which is a disaccharide consisting of galactose and fructose]

· human milk oligosaccharide – milk protein ; lactis proteinum(소유래 우유 단백질)

· XOS – Xyloligosaccharides

· POS – pectinoligosaccharides

· MOS – Mannanoligosaccharides

· CHOS – Chito-oligosaccharides

· SOS – Soy-oligo 

· **히아루론산 – 이 성분만으로 프로/프리바이오틱 제품 청구 애매 

· **소듐 히아루로네이트 – 이 성분만으로 프로/프리바이오틱 제품 청구 애매 

· **젖산– 이 성분만으로 프로/프리바이오틱 제품 청구 애매

4. 시중에 나온 화장품 중 프리와 프로바이오틱스가 함께 배합된 경우가 더러있는데, 프리바이오틱스를 굳이 프로바이오틱스와 함께 배합하는 이유가 있나요? 

화장품 원료로서 프리바이오틱스 배합의 부분적인 이유는 프로바이오틱스에 여러 대사 작용 및 활성화를 위해 활용되기 때문입니다. 대부분 원료로 사용되는 프로바이오틱스는 불안정하며 연약한(fragile and unstable) 재료로 화장품 구성분으로서 유효한 기능이 무사히 유지되기 위하여 배합적인 계획(formulary planning) 이 꼭 필요한 성분입니다. 이때 프리바이오틱스를 함께 배합 하면 부족한 프로바이오틱스의 안정성을 한층 더 강화 시켜 줄 수 있습니다. 작용 원리는 프로바이오틱스로서 피부의 유익균이 건강하게 살 수 있는 환경을 조성하여 주었다면 그와 함께 먹이를 함께 넣어 주는 방식과 비슷하다고 보면 됩니다.

Probiotics와 Prebiotics의 유용한 효과를 동시에 나타내도록 하는 것이 synbiotics이며 conbiotics라고도 하는데 대표적인 것이 Bifidobacterium과 galacto-oligo당의 혼합이며, 현재 발효유에 이들이 함께 첨가되어 생산되고 있는 경우가 많은데 이 들이 대표적인 synbiotics입니다.

하지만 모든 프리/프로바이오틱스 화장품이 두가지 성분을 함께 배합하지는 않습니다. 프리바이오틱스만 공략한 제품 대표적으로 아비노 스킨릴리프 모이스춰라이징 로션이 있는데, 이는 오트밀의 풍부한 당 성분을(식물성 프리바이오틱스) 통해 우리 피부에 서식하는 피부 유익균을 활성화시켜 피부 면역력을 키워주고, pH 밸런스를 맞춰준다고 합니다. 이를 활용하여 스킨 마이크로바이옴 내 유익균이 우세한 상태로 그 효능을 발휘하는, 건강한 마이크로바이옴 밸런스를 이루도록 도와주는 격입니다. 프로바이오틱스만 배합하여 프리바이오틱스를 배제한 국내 화장품도 있었는데, 이니스프리 더마포뮬러 그린티 프로바이오틱스 크림 제품으로 녹차유산균(락토바실러스발효용해물) 사용한 제품이였습니다. 피부장벽 강화를 슬로건으로 내세운 만큼 피토스핑고신, 세라마이드NP도 함유 되어 있었고 보습의 스쿠알란 등이 있었습니다. 하지만 이런 프로바이오틱스-온리 제품은 프리바이오틱스 함유된 제품과 함께 사용시 더욱 강화된 효과를 볼 수 있을 것 입니다.

5. 그렇다면 화장품 주성분란에 (박테리아 명칭)발효물, (박테리아 명칭)발효추출물, (박테리아 명칭)발효여과액, (박테리아 명칭)발효용해물 등이 있는데, 각 어떻게 다른가요? 

화장품 성분으로서 프로바이오틱 성분은 살아있진 않지만, 살아있는 프로바이오틱 균주로부터 얻어낸 성분, 예를 들어 lactic acid bacteria, 는 Lactobacillus라고 명칭되기도 합니다 (Forum, 2018).

프로바이오틱 원료는 네가지 “레벨” 또는 그룹으로 나뉩니다 (Christensen et al. 2018., Forum, 2018) : 발효물 또는 발효추출물이라고 하며, 발효여과물도 이에 해당합니다. 프로바이오틱 박테리아를 기질에서 성장한 후 용액에서 걸러 내어 제거하지만, 용액에는 여전히 박테리아의 대사물이 포함되어 있습니다. 이러한 대사물에는 항산화제, 아미노산 콤플렉스나 비타민들이 함유되어 있을 수 있습니다. Fermentation products or concentrations from fermentation. Probiotic bacteria are grown on a substrate and afterwards filtered out from the solution, but the solution still contains metabolites from the bacteria. These metabolites may include antioxidants, amino acids or vitamins. 발효용해물 또는 세포용해물 – 프로바이오틱 박테리아가 배양되었던 액체배지에 모든 박테리아가 파괴되어 세포 내용물과 세포벽 일부가 용액에 남게되며, 이렇게 만들어진 용해물은 여과되지 않습니다.

Cell lysates – The broth of probiotic bacteria is not filtered, but the bacteria are destroyed so that cell contents and parts of cell walls are in solution. 간헐 멸균법(Tyndallization) ★원료제조의 방법으로서 원료명에 해당 되지는 않습니다.

 – (저온) 간헐 멸균으로 프로바이오틱 박테리아는 제형에 사용되기 이전 모두 살균하는 방법입니다. Autoclave 멸균법의 시초가 되기도 한 이 간헐적 멸균법은 모든 박테리아를 죽이는 방법으로 피부에 상성할 수는 없지만, 피부의 수용체와 결합 할 수 있어 병원성 박테리아에 접속(access)을 차단합니다. 생물학에서는 이 기전을 길항적 저해(competitive inhibition)이라고 합니다. 즉 병원체가 접속할 수용체에 대신 결합함으로 병원체 결합이 억제되는 원리입니다. Tyndallization – The probiotic bacteria are killed before use in the formulation. Thus, bacteria cannot propagate on the skin, but they can still bind to the skin's receptors and thus block access to pathogenic bacteria. This mechanism of action is called competitive inhibition.

살아있는 프로바이오틱 박테리아(아직 도입되지 않아 국내에서 찾을 수 없는) – 프로바이오틱 유산균이 살아 있는 상태로 화장품에 더하여 지며, 피부에 도포시 유효한 균집을 형성하게 됩니다. 하지만 화장품의 사용기한을 늘리기 위해 또는 썩는 것을 방지하기 위하여 더하여 지는 방부제 때문에 죽기 때문에, 사용에 한계가 있으며, 사용할 때에는 그 농도(균 수)가 법으로 인해 제한이 있습니다. Living probiotic bacteria - Live bacteria are added to the cosmetic product with the purpose of colonizing the skin when the product is used.

표 1. (박테리아 명칭)발효물, (박테리아 명칭)발효추출물, (박테리아 명칭)발효여과액,

(박테리아 명칭)발효용해물들의 차이. (Farris, 2016)

2018년도 발표된 보고서에 따르면 발효물이 배양되는 기질은 식물 종류로서 전체적으로 사용되거나, 부분적으로 사용된다고 합니다 (Christensen et al. 2018.)

대한민국특허청이 2017년 공개한 공개특허공보에 과정을 간략화한 대표도에 따르면,

 도1. 발효허브추출물의 대표도. 실제 숨37[워터 풀 아쿠아 슬리핑 팩], 미샤[타임 레볼루션 나이트 리페어 프로바이오 앰플 압축 크림], 마녀공장[비피다 콤플렉스 앰플] 등 여러 K뷰티 프로바이오틱 코스메틱화장품 원료제조에 사용되는 기법입니다.

6. 박테리아로 발효하여 화장품에 사용한 것과, 추출물로서 화장품에 사용한 것이 무슨 차이가 있죠? 발효물의 박테리아는 유익균인데 이를 여과하지 않고, 그대로 사용하면 안되나요? 

우리 몸에는 ‘살모넬라’나 ‘무탄스큔’ 같은 해로운 미생물이 있는 반면에, 인체에 유익한 미생물(균)들도 있습니다. 유익한 균 중에서 대표적인 것이 ‘유산균’과 ‘비피더스’ 등으로 식품이나 화장품 원료로 널리 활용됩니다. 일반적으로 발효과정을 거치게 되면 일반 추출 방법으로 얻은 원료보다 적은 입자의 원료를 얻게 되어 피부 흡수에도 용이하게 됩니다. 발효과정으로부터 얻은 대사물(metabolite)에는 각종 항산화제, 아미노산분자 또는 비타민들도 얻게 되어 모두 피부에 건강한 작용을 할 수 있습니다. 하지만 발효과정이 없는 추출물은 보통 해당 유기체 위주로 이루어 집니다. 보통 살아 있는 프로바이오틱을 화장품에 넣어 파는 경우는 거의 없습니다. 살아있는 상태의 프로바이오틱 성분 그 자체로도 안정성이 떨어지는 워낙 취약한 원료인데다, 보존료를 함께 넣을 시 죽을 수 있는 확률이 매우 높기 때문에 보존성도 떨어지는게 현실입니다. 거기다 살아있는 상태의 프로바이오틱 성분 함유 화장품으로 유효 효과를 보려면, 다른 화장품을 덧바르거나, 함께 섞어 바르면 안된다는 점도 현실로 적용하기 어려운 이유 중에 하나입니다.

화장품 원료로서 사용되는 발효기반원료의 작용 기전은 하기와 같습니다:

1) 우리 몸에 기존으로 서식하는 유익균들을 활성화 하는 방법

- 유익균의 생성 또는 유지를 위한 보충제로서 활용할 수 있는 것들을 제공함 = 프리/프로바이오틱스 = 대사물(metabolites), 아미노산 콤플렉스, 세포내용물(용해물*)

- 유익균 먹이(락토오스, 트레할로오스, 자일리톨, 효모 추출물 등)를 보충함 = 프리바이오틱스

- 유익균의 대산물을 도입 = 프로바이오틱스  

- 피부 마이크로바이옴 균형에 필요한 환경 조성 = pH 밸런스, 보습 등 (피부 특이적) --> 항균작용도 함

2) 피부에 도포되어 있는 수용체에 유해균의 결합을 억제하여 유해균의 발병(pathogenesis) 그리고/혹은 활성화를 억제

-멸균하여 죽인 상태(Tyndalization)을 거친 경우로 살아 있지는 않으나, 피부 도포시 유효 수용체에 길항적 저해(competitive inhibition)을 통하여 병원체 억제.

7. 우리 피부에 서식하는 박테리아는 어떤 종류가 있나요? 

피부 표면에서의 미생물 상호 작용의 역학 (Gallo et al. 2013.)

유익한 관계: 상호주의(mutualism), 공생(commensalism)

해로운 관계(관련 생물 하나라도 해를 입으면 해로운 관계로 구분): 포식/기생, 편해공생, 경쟁

스킨 마이크로바이옴을 형성하는 미생물군은 박테리아 외에도 곰팡이, 조류(algae), 원생동물(protozoa) 그리고 바이러스 등이 있습니다.

피부에 서식하는 미생물 크게 3분류로 나뉨니다. (Tkachenko et al. 2017, Dreno et al. 2016 )

변천적(Transitional) 미생물로 규칙적인 주기로 나타났다 사라짐.

일시적(Temporal) 미생물로 아주 짧은 주기로 살다 사라짐.

영구적(Permanent) 미생물로 피부에 영구적으로 삽니다.  

건강한 인간 피부 부위별 pH 분포도 (Wilson M. 2005) 각기 상이 한걸 확인 할 수 있습니다. Acidophil 등 균주 등에서도 균주 따라 위치 선호도가 나뉠 것.

8. 어떤 박테리아가 우리 몸에 가장 흔하게 분포되어 있으며 가장 적게 분포된 박테리아는? 

부위별 상성되는 환경적 요인이 다르기 때문에 박테리아 분포도도 다양합니다. 위는 각부위별로 분포된 균별로 간략히 표기한 것. (Tkachenko et al. 2017, Grice et al. 2011)

개인 차, 위치 차(피부, 개인, 나라, 등) 위에서 언급한 내용 요소로 좌우됨.

(Costello et al. 2009)

2009년도 Grice 연구팀에서 사이언스지에 발표된 자료에 의하면

문(phyla):Actinobacteria (51.8%), Firmicutes (24.4%), Proteobacteria (16.5%), and Bacteroidetes (6.3%)

 속(genera): Corynebacterium, Propionibacterium and Staphylococus

하지만 이 또한 환경 특이적 조건에 좌우 됩니다. 예를 들어, 얼굴에서 세범이 풍부한 부위는 Propionibacterium species가 있으며, Staphylococcus species를 찾을 수 있으며, 겨드랑이 같은 습윤 부위는 Corynebacterium이 압도적이며 Staphylococcus의 수는 빈약하게나마 발견됩니다.

건성 부위에는 β-Proteobacteria와 Flavobacteriales 균들이 혼합되어 발견되며 resident bacteria입니다. (Grice et al. 2009., Fitz-Gibbon et al. 2013)

Actinobacteria – Streptomyces(70%), Corynebacterium, Propionibacterium, Nocardia, Micromonospora, Actinoplanes, Micromonospora, Streptosporangium 등

Firmicutes - Staphylococcus (16% versus 14%), Streptococcus (7% versus 1%), and Finegoldia (1% versus 0.4%) 등 Proteobacteria - Ecoli 등

9. 피부에서 발견되는 박테리아 갯수는? 

인간 피부에 1000종의 균주가 19문(phyla)를 걸쳐 있다고 보면 됩니다. 굉장히 다양한 종류가 발견되며, 인간 신체 하나에 있는 세포 갯수를 1이라고 치면, 그 열배에 해당하는 10 박테리아 갯수가 있다고 보면 됩니다.

10. 피부 타입별로 서식하는 박테리아 균주(species)가 다른가요? 

코웨이코스메틱㈜ RD 연구소에서 마이크로바이올로지open지에 최근 발표한 결과에 의하면, 피부 보습의 정도(Hydration level)과 그에 따른 스킨 마이크로바이옴에 차이가 있다고 합니다.

 보습은 TEWL(transepidermal water loss)와 피부의 거침 정도, 스킨 마이크로바이옴에 영향을 끼치는데, 스킨 마이크로바이옴과 피부 보습의 관계는 대부분 보습피부군, 건성피부군으로 하여 형성된 스킨 마이크로바이옴에서도 오로지 resident bacteria만 측정하여 분석한 경우가 대부분이였습니다. 이 연구에서는 사용된 대상은 보습피부군, 건성피부군으로 측정 부위는 오로지 얼굴의 양뺨(facial cheeks)로 하여 스킨 마이크로바이옴의 종류 차이(16s rRNA genotyping) 및 피부 biophysical 특이성(피부 보습의 정도, TEWL, 피부 거침 정도)를 보았습니다.

대상: 30명의 건강한 한국인 여성으로 평균나이: 43.8세 (26~53세 사이)

Method: A set of basic cosmetics, consisting of skin softener (solubilized type), lotion (oil‐in‐water (O/W) emulsion type), essence (solubilized type), and cream (O/W emulsion type) containing moisturizing compounds was prepared in Coway Co. Ltd. and sequentially applied twice a day (morning and evening) for 4 weeks (from June to July 2015) on their faces after facial washing with a cleanser (Coway, Korea).

Box‐plots of Shannon–Weaver index (a) and Bray–Curtis dissimilarity (b) of bacterial 16S rRNA gene sequencing reads derived from the high hydration group (HHG) and low hydration group (LHG). The significance of differences between sampling groups is indicated by *p < .05; **p < 0.01; and ***p < .001

위 그래프는 16s rRNA gene 시큉신 진행하여 얻은 자료로 HHG = 보습피부군, LHG =건성피부군이며, 코웨이에서 대상에게 자사 화장품[소프트너(워터리), 로션(오일리), 에센스(워터리), 크림(오일리)]를 사용하기 이전부터 각 2주 후, 4주 후 피부에서 채취한 박테리아 균집 도포균의 Shannon-Weaver를, 3a), 통해 diversity index확인 결과 건조피부군이 보습피부군보다 다양하게 보이나, 4주후 각 피부군이 비슷한 수준의 다양성을 보이게 됩니다. 비균일성을 보는 Bray-Curtis dissimilarity를 통해 확실히 검정한 결과, 3b), 보습피부군은 균집다양성이 증가하는 양상을 보였지만 건성피부군은 그 반대였습니다. 다시말해 보습피부군의 균집 composition은 좀더 다양하여 졌지만, 건성피부군은 균집 composition이 모든 대상들에게서 비슷하게, similar하게 되었다는 의미입니다. *p < .05; **p < 0.01; and ***p < .001 만 놓고보면 상당히 유의미한 데이터로 볼 수 있습니다.

Mean abundances at the phylum level in facial cheek skin of high hydration group (HHG) and low hydration group (LHG) (a) and statistical box‐plot analysis for the relative abundance of Actinobacteria (b) and Proteobacteria (c). The mean abundances were the mean value of the relative abundance of each phylum in the sampling groups. Significant differences are indicated by *p < .05; **p < .01; and ***p < .001

같은 화장품을 4주간 사용하기 이전에는 보습피부군과 건성피부군의 균집 구성 차이가 컸다면, 4주 후에 둘을 비교할 시 비슷한 수준으로 균집 구성이 평이된 걸 확인 할 수 있습니다.

b) Actinobacteria 기준으로 본 것 - Streptomyces, Nocardia, Micromonospora, Actinoplanes, Micromonospora, Streptosporangium, Corynebacterium, Propionibacterium

보습군의 액티노박테리아 양이 건조군 보다 더 높은 것을 확인함.

c) Proteobacteria 기준으로 본 것 - Ecoli

건조군의 프로테오박테리아 양이 보습군 보다 더 높은 것을 확인함.

→ 피부별 박테리아 다양성에 차이가 있음.

Mean abundances at the genus level in facial cheek skin of high hydration group (HHG) and low hydration group (LHG) (a) and statistical box‐plot analysis for the relative abundance of Propionibacterium (b) and Ralstonia (c). The mean abundance was the mean value of the relative abundance of each genus in the sampling groups, and significant differences are indicated by *p < .05 and ***p < .001

같은 화장품을 4주간 사용하기 이전에는 보습피부군과 건성피부군의 균집 구성 차이가 컸다면, 4주 후에 둘을 비교할 시 비슷한 수준으로 균집 구성이 평이된 걸 확인 할 수 있습니다.

b) Propionibacterium 기준으로 본 것 – acnes 균 포함

 화장품 사용시 두피부군 모두 Propionibacterium 함량 감소함.

 보습군의 액티노박테리아 양이 건조군 보다 더 높은 것을 확인함.

c) Ralstonia 기준으로 본 것 – 각 피부군 모두 증가한 것으로 관찰되며, 논문에 따르면, high lipid content를 metabolize하는 것에 뛰어나며 oil component of cosmetics에 뛰어난다고 합니다. 보습 건성 피부군 모두 ralstonia 함량이 낮은 것으로 측정되었으나, 제품 사용후 두군 모두 증가하였습니다. Members of Ralstonia have been reported to have the ability to metabolize various hydrocarbons including aliphatic, aromatic, and xenobiotic compounds (Ghosal et al. 2016).

결론: 피부별 박테리아 다양성에 차이가 있다. 각 상반된 피부 타입이라도 동일한 화장품을 동일한 루틴으로 일정기간간 매일 반복 사용 할시 다양성을 줄일 수 있다.

★이는 화장품이 우리 피부 마이크로바이옴 조성에 기여하는 바가 얼마나 큰지 시사함.

11. 스킨 마이크로 바이옴 구조

* 가장 널리 사용되는 프로바이오틱-박테리아 균주 순위는?

1위는 락토바실러스(Lactobacillus)입니다. 젖산 또는 균유래 락틱애시드(lactic acid bacteria)는 화장품 원료로 가장 흔히 활용됩니다. 알려진 락토바실러스 성분의 종류를 뽑자면 락토 바실러스 발효물(lactobacillus ferment)이 있는데 이는 박테리오신을 생산하여 항균 작용을 하며, 외부 유해 성분으로 부터 피부를 보호하며, 화장품의 유효기간을 늘려주는 천연 보조제 역할도 한다고 합니다. 이 성분은 2009년 에스티로더에서 독점 특허를 낸 성분이기도 하며, 특허 자료에 따르면 DNA 보수 효소도 있어 기능성 조성분으로 활용도가 높다고 합니다.

2위는 비피도(Bifidobacterium)로 집계 되었습니다.

3위 Enterococcus(E. faecium). Enterococcus faecium 같은 경우는 사람 분으로부터 추출한 균인데, 이를 발효하여 로션에 사용시 유해균(p. acnes)에 대한 억제성을 보였다고 합니다. 하지만 아직 GRAS를 획득하지 않은 균종으로 화장품에는 사용되고 있지 않은 실정입니다. CosIng database로 유럽연합국 화장품원료 데이터베이스 검색한 결과 350여가지의 유효 성분들이 락토바실러스 균주와 관련된 성분들로 앞서 설명드린 네가지 분류 그룹으로 하기와 같이 나뉘게 됩니다 (INCI 명칭은 괄호함; 영문/국문):

· Lactobacillus bacteria (LACTOBACILLUS/락토바실러스)

· Lactobacillus fermentation product (LACTOBACILLUS FERMENT/락토바실러스발효물)

· Lactobacillus fermentation product filtrate (LACTOBACILLUS FERMENT FILTRATE/락토바실러스발효여과물)

· Lactobacillus bacterial lysate (LACTOBACILLUS LYSATE/락토바실러스용해물) 이 외에도 Acetobacter, Aspergillus, Bacillus, Bifidobacterium, Lactococcus, Leuconostoc, Pediococcus, Saccharomyces, Streptococcus와 Zygosaccharomyces 등의 균주들이 발효기반원료로 사용 되었으며, 이들 원료는 피부 컨디션제나 습윤제의 기능으로 유럽연합국 통계청(CosIng database]에 등재되어 있었습니다.

현재 유럽에서 발효 유래 화장품 원료로서 자주 사용 되어 지는 균은 크게 6가지로 바실러스, 비피도박테리엄, 락토코쿠스, 스트렙토코쿠스, 마이크로코쿠스 (Bacillus, Bifidobacterium, Lactococcus, Streptococcus, Micrococcus) 등이 있었습니다 (Christensen et al. 2018.)

* 하기표는 현재 사용되는 프리/프로바이오틱 성분 함유된 제품군의 원료 리스트입니다.

* 그럼 프로바이오틱스-균주의 대사물, 예를 들어, 비타민도 프로바이오틱스제품으로 등기해도 되나요?

대사물이라고 함은, 발효균주의 생산물로 보통 항산화제, 몇몇의 아미노산, 또는 비타민 분자 등이 있는데, 이는 그 자체로도 흔한 원료입니다. 그러므로, 이들 원료만으로는 “프로바이오틱스-제품” 기능성화장품이라는 공식적 등기로 이어지지 않습니다. 다시말해, 프로바이오틱스 특이적 구성분이 이루어지면(원료 제조방법 등) 프로바이오틱스 제품으로 청구/등재할 수 있습니다.

12. 스킨마이크로바이옴 효능 

1) 항균 

프로바이오틱스군 균주가 박테리오신이라는 항균 단백질을 생산하는 경우가 더러 있어, 유해균을 차단하고 억제하는 항균 작용으로 사용 가능 합니다. 산을 짧게 만들어 피부에 유익한 산으로 바꾸는 아시도신 생산 하는 균주도 있으며, 항균 환경이 조성된 피부에서는 유해균 침투가 어려워지며 이는 자연스럽게 염증과 질병에 대한 예방으로 이어집니다. 살균효과로 인해서 보존제로 사용되기도 합니다. Antimicrobic properties: several metabolites of probiotec bacteria demonstrate the antimicrobic features, particularly, Lactobacillus acidophilus produces the Acidocin В; Bifidobacterium sp. produces the Bacteriocins N5; Lactobacillus casei produces the Caseicin; Enterococcus faecium – Enterocin А, Enterococcin; Lactobacillus plantarum – Plantaricin А and С, Pediocin АсН. Therefore, the probiotics can assist in elimination of harmful, pathogenic microorganisms that involve skin inflammation and diseases;

2) 항염 

병원체가 생산한 “alarm factor”가 세포 수용체에 붙을 경우, 피부는 병원체가 침투한것으로 생각하여 다양한 염증 반응을 일으키게 됩니다. 프로바이오틱스로 인해 생산된 정상 신호는 동일한 수용체에 대한 경쟁억제로 작용되기도 하며, 면역반응을 유발하는 “alarm” 신호를 억제 하여, 여드름이나 안면 홍조 및 염증 반응을 억제하게 됩니다.

Calming effect: the probiotics’ interaction to skin cells renders calming effect on cellular receptors actuated with pathogens presence as “alarm factor” detected. The “healthy” signals produced by probiotics prevent actuating the immune response against “attack” that would result acne or rosacea inflammation;

3) 안티에이징 

프로바이오틱스는 피부 재생과 회복 과정율을 증가하여주는데, 주름 갯수와, 주름 깊이 감소를 확인할 수 있으며, 이로 인해 리프팅 효과는 이미 보고되었습니다. 이외에도, 독소 배출을 도움으로서 피부톤을 활력있게 개선합니다.

numerous studies data witness an evidenced lifting effect produced by probiotics thus increasing the skin’s regeneration and reparation processes, reducing wrinkles’ number and depth and restoring the skin vital tonus at the same time that deliberating skin from toxins. (Reisch 2017) 아래는 각 발효물에 대한 효능과 스토리입니다.

- 명칭 : 락토바실러스발효물 또는 락토바실러스발효용해물

영문명 : Lactobacillus Ferment, -Lysate, Lactobacillus

효능 : 피부 미백, 피부 면역력 강화, 항염, 보습, 피부 활력

스토리 : 락토바실러스는 김치, 우유, 치즈 발효와 같이 식품 전반에 걸쳐 사용되는 미생물로, 모유 속에서도 다량 존재하여 프로바이오틱스를 생성하는 것으로 알려져 있습니다. 락토바실러스 발효여과물은 모유 유산균(-reuteri), 김치 유산균(-brevis) 및 치즈 유산균(-casei) 3종의 혼합물입니다. 앞서 언급한 항균, 항염, 안티에이징에 덧붙여서, 멜라닌 생성을 막아 미백효과, 면역력 증가, 항아레르기, 아토피 완화, 비타민 C,B증가하며, 당류를 발효하여 에너지를 획득하여 다량의 유산을 생성하여 피부에 좋은 약산성 조건(PH3~4정도)을 성립합니다.

- 명칭 : 락토바실러스

영문명 Lactobacillus (Lactobacillus planatarum)

효능 : 항균(여드름), 항염, 피부 면역력 강화 (Mammone et al. 2012)

스토리 : 위와 같음. - 명칭 : 피토갈락토미세스 발효 여과물 영문명 : phytoG-galac 또는 Galactomyces 효능 : 피부보습, 재생, 안티에이징, 보호막형성 , 톤업 스토리: 조장에서 발견된 효모균으로 양조장에서 일하는 사람들의 손이 매우 맑고 부드러운것에 착안하여 여구하기 시작하였습니다. 피부를 직접 말고 윤기있게 가꿔주는 성분을 다량 함유하고 있어 화장품 원료로 각광받고 있으며 워낙에 순하고 부작용이 없어 피부에 직접 사용이 가능합니다.

- 명칭 : 비피다 발효 용해물 또는 비피다 발효 여과물

영문명 : BIFIDA Ferment Lysate

효능 : 트러블완화, 피부재생, 피부결개선 , 보습

스토리 : 비피다는 피토갈락토미세스와는 다르게 요구르트 발효균에서 추출된 원료입니다. 갈락토미세스와 비슷한 효능이 있으며 E사에서 적극적으로 홍보하는 갈색병에 주 원료이기도 합니다. 트러블에 효과가 있기 때문에 피부개선 + 트러블완화를 원하신다면 비피다를 사용해보시는것을 추천드립니다.

 - 명칭 : 스트렙토코쿠스 테르모필루스 발효물

영문명 : Streptococcus thermofilus Ferment Lysate

효능 : 피부장벽 강화, 보습, 생기

스토리 : 스트렙토고구스 써모필루스(Streptococcus thermofilus) – 한 일본 연구진이 2014년도 발표한 자료에 의하면 홀로 히아루론산을 생성할 수 있다고 합니다. (Naoki et al. 2014) 또한 Streptococcus thermophiles 는 sphingomyelinase가 다량 함유되어 있는 것으로도 알려져 있습니다. 세라마이드 생성을 도와 피부장벽 강화에 도움을 줄 수 있습니다. S. 써모필루스발효용해물 함유 크림을 2주간 사용한 건강한 여성에서 stratum corneum내에 세라마이드 함량이 눈에 띄게 증가 한 것을 확인 할 수 있었습니다 (Di Marzio et al. 2008.) 피부 보습기능은 프로바이오틱 발효용해물 함유 크림을 사용시에 확인 할 수 있었습니다. 피부 장벽 강화 기능, 보습

- 명칭 : 스키조사카로미세스발효여과물; 효모발효여과물(구명칭)

영문명 : Saccharomyces Ferment Filtrate

효능 : 항산화, 미백, 콜라겐 촉진, 보습, 피부 결 개선, 컨디션 강화, UV로부터 보호, 색소침착 억제 (improves skin structure, enhances skin suppleness, protection against UV-rays, bleaching effect on dark spots)

스토리 : 해로운 UV광선로부터 피부를 보호하는 항산화제이며, 해로운 산화산소를 감소시킵니다. 외에도 미네랄, 아미노산과 각종 비타민이 풍부하여 미백을 도우며, 피부장벽 강화에 도움을 줍니다. (It is an antioxidant that protects skin from harmful UV-rays and reduces dangerous free radicals. Special properties: rich in minerals, amino acids, and vitamins.)

- 명칭 : 흑효모발효물

영문명 : Aureobasidium Pullulans Ferment

효능 : 보습, 안티에이징, 탄력, 항산화

스토리 : 보습, 항염(reduce allergies and auto-immune disease), 섬유아세포생성 촉진으로 이동률 증가함 (안티에이징, 상처 회복), 탄력(베타글루칸 기존 발효물 4배→섬유야세포 기능 상향), 항산화, 미백, 콜라겐 촉진, 약산성

- 명칭 : 류코노스톡/무발효여과물

영문명 : Leuconostoc/Radish Root Ferment Filtrate

효능 : 천연 항균 보존제, 약산성

스토리 : 화장품에선 천연 항균 보존제로 사용됩니다. 피부나 두피용 제품으로 필요한 부위에 도포시 보습과 피부 컨디션 개선에 도움을 줍니다. (natural antimicrobial preservative used in skincare and cosmetics. It can also be useful when used topically in products for skin or scalp conditions as it moisturizes and conditions.)

 - 명칭 : 데이노코쿠스발효추출물여과물

영문명 : Deinococcus Ferment Extract Filtrate

효능 : 항산화, 항염, 안티-청색, 미백, 안티-주름 (Antioxidant, Anti-inflammation, Anti-blue light, Whitening, Anti-wrinkle)

스토리 : 데이노코쿠스의 발효 대사물은 강한 안티-주름, 다양한 효과를 보여줍니다. 기네스-레코드에 기록되기도 하였을 정도로 방사선에 강한 저항성을 보입니다. (strong anti-wrinkle and multi functional effect by microbial fermentative production. Microorganism Deinococcus sp. is very well known material even registered on Guiness with its very high resistance against radiation.)

 - 명칭 : 모나스커스/쌀발효물;붉은누룩곰팡이/쌀발효물

영문명 : Monascus/ Rice Ferment

효능 : 뛰어난 항산화제로 피부 노화를 억제하며, 병원체 유래 피부 질환 억제, 피부 미백, UV로 인한 각질세포;켈틴생성 세포 억제 (protect skin, inhibit skin disease bacterial, skin whitening agents and inhibition UV-induced kerationcytes. )항상화, 항균 (Lin et al 2019)

스토리 : 쌀발효물로 추출하였다고 합니다. 붉은 누룩에 쓴 곰팡이에서 얻어내기도 하였다고 하는데, 타이완 의료 연구소와 생명공학과 제약연구소가 공동연구하여 최근 연구 발표하였으며 몇몇 국내 화장품 원료로 사용되었습니다.

1. 갈락토미세스는 술 발효균이며 피부영양 및 재생에 뛰어나고.

2. 비피다는 요구르트 발효균이며 영양 및 트러블 개선에 도움이 된다.

3. 락토바실러스는 김치, 우유, 치즈 발효균이며 피부 미백 및 면역력 강화에 도움을 줌.

4. 스키조사카로미세스는 효모 발효균이며 항산화 및 피부결 개선에 뛰어남

5. 흑효모발효물은 흑효모 발효균으로 미백 및 항산화에 뛰어남

6. 류코노스톡은 무 발효균으로 향균력이 매우 강해, 천연 항균 보존제로 사용되며, 건강한 약산성 피부 환경을 조성합니다.

7. 데이노코쿠스는 극한미생물이며 항산화 및 항염에 매우 강합니다.

8. 모나스커스는 붉은 누룩과 쌀 발효균으로 항산화 및 항균에 뛰어나다고 합니다.

 - 명칭 : 클루이베르마이세스추출물

 영문명 : Kluyveromyces Extract

 효능 : 강력 보습제

 스토리: 디올, 시세이도 사용

- 명칭 : 엔테로코커스 발효물

영문명 : Enterococcus Ferment Lysate

효능 : 트러블완화, 피부재생, 피부결개선 , 보습

스토리 : Enterococcus faecium 는 사람의 인분에서 추출된 원료입니다. 엔테로코커스 피시엄 대사물인 박테리오신을 (ESL5) 는 트러블에 효과가 있습니다. Enterococcus faecium을 발효하여 로션에 사용시 유해균(p. acnes)에 대한 억제성을 보였다고 합니다. 이뿐만 아니라 염증성 병변에 사용시 염증반응을 급격히 감소하였다고 합니다. (Farris 2016, Kang et al. 2009) 엔테로코커스 생성한 엔테로신은 항균, 항염(butyrate-짧은산분자로 약산성), 콜레스테롤 레벨 증가 뿐만 아니라 다수의 비브리오균을 비롯한 유해균에 대한 억제 등의 효험이 있어 개발중에 있다고 합니다. (GRAS 미획득)

프리바이오틱: 

- 명칭 : 슈도알테로모나스발효추출물  

영문명 : Alteromonas, Pseudo-

효능 : 피부 보습, 피부 노화 예방, 피부 보호, 상처 치유, 항산화

스토리: 남극의 추운 지방에 있는 진흙들에 서식하는 미생물로부터 채취한 성분으로 알테로모나스발효추출물과 카르노신을 크림으로 함께 사용한 경우 피부 외양 조직에 노화물질 분해되며(antiglycation), 외부 환경의 오염물질로부터 보호막을 형성합니다. (Granger et al. 2018)

- 명칭: 효모발효물, 스키조사카로미세스발효추출여과물

영문명 : Yeast Extract, Schizosaccharomyces ferment Extract Filtrate

효능 : 항산화, 보습, 진정 스토리: 이스트 추출시 플라비노이드, 당류, 비타민과 아민산 몇가지임. 효모는 균 추출물은 영양분 덩어리.

- 명칭: 인삼, 블랙커런트, 소나무

영문명 : ginseng, black currant, pine

효능 : 항균 스토리: 여드름 환자들에게 인삼, 블랙커런트, 소나무를 통해 얻은 프리바이오틱 사용 시 여드름 양상이 감소 되는 것을 확인 하였습니다. A cosmetic product with specific prebiotic extracts including ginseng, black currant or pine was found to significantly reduce colonization of P. acnes in patients with acne. (Bockmuhl et al. 2006)

 - 명칭: 쌀추출물;고대미추출물;흑미추출

 영문명 : Oryza Sative(Rice) Extract

 효능 : 피부결 유연화, 수분, 컨디셔닝

스토리: 쌀에는 단백질과 불포화지방산을 포함한 소량의 지방, 무기질, 비타민, 식이섬유 등의 영양 성분이 함유되어 있습니다. 피부결을 부드럽게 유연화시키고 수분을 공급하여 촉촉한 피부로 관리하는데 도움을 줍니다.

13. 그 외 기타사항 

 *스킨 마이크로바이옴이란?

(네이쳐지 세기르 논문 발췌) 피부는 인체에 가장 큰 장기이며, 다양한 미생균이 집단을 이루어 군체를 형성하여 서식합니다. 대부분의 경우 숙주에 무해하며, 되려 간간히 유익하기도 합니다. 피부 표면의 생태가 군체 형성의 주요 요소이며, 지형상의 위치뿐만 아니라 숙주 유래(내생) 그리고 환경적 유래(외인생) 요인에 따라 변동률이 높습니다. 피부의 선천성 면역과 후천성 면역 반응이 피부 미소 생물학(microbiota)에 영향을 줄수 있지만, microbiota는 면역 체계의 자체적인 적응을 유도하는 효능도 가지고 있습니다. 미생물을 식별하기 위한 분자적 방법의 개발은 상주 균주가 매우 다양하고 가변적이다라는 발견으로 이어졌습니다. 피부 마이크로바이옴을 더욱 깊이 이해함으로서 인간의 피부 질환과 미생물의 관계에 대한 통찰력을 강화하며, 피부 질환에 맞서 새로운 미생물친화적인(promicrobial) 그리고 항균적인 친료법을 개발할 수 있도록 해야 합니다 (Segre et al. 2011).

피부는 병원성 유기체 및 이물질에 대한 물리적 장벽으로 작용합니다. 피부는 또한 미생물환경에게 숙주되는 일종의 생태계의 역할을 합니다. 조성된 미생물환경은 대부분 무해합니다. 피부는 침습성의 외래 병원체는 예방하며, 공생(commensal) microbiota에 자라날 환경을 제공하는 인체 외부 점접 물리적 장벽이기도 합니다 (Segre et al. 2011).

피부로서 서식지는 지형상의 위치에 따라 상이하며, 군체 형성한 microbiota 특이성과 연관되어 있다고 봅니다. 모낭(hair follicles)과 분비선glands(땀 또는 피지sebaceous)의 밀도(density) 뿐만 아니라 숙주 특이적 요인(나이나 성별) 그리고 여러 환경적 요인(지리적, 날씨, 위생 등)이 피부 microbiota의 가변성에 기여하는 요인으로 작용합니다 (Segre et al. 2011). 휴먼 마이크로바이옴 신산업은 기본적으로 유전정보 분석시굴과 테이터분석 기술의 비약적인 발전을 통해 이루어 졌습니다. 이제 약 3.9 x 1013 개에 이르는 공생미생물 군집을 배양 보다 미생물 유전자 수준에서 그대로 분석 가능하게 한 메타지노믹스(metagenomics) 연구가 가능하게 되어 가능하게 된 분야입니다. 16S 리보솜 RNA(16S ribosomal RNA) 유전자는 대부분 상당히 보존되어 있어 동종간에는 다양성이 거의 없지만, 타종간에 다양성이 나타나 주로 생물동정에 사용됩니다. 이런 16S 리보솜 RNA 특이성을 활용하여 피부 균주간의 microbiota 분석에 활용하는데, 기존의 배양 기반(culture-base) 방법 보다도 더 다양한 양의 유기체 확인이 가능합니다. 2018년도 네이쳐 리뷰에 실린 보고서에 따르면 amplicon 시퀸싱, 차세대염기서열분석(Next-Generation Sequencing) NGS sequencing, 샷건 metagenomic DNA 시퀸싱의 방법으로 ‘계(kingdom)’로부터 ‘종속(strain level)’까지 세밀한 수준으로 피부와 관련된 미생물의 분류학적 다양성을 밝혀내기도 했습니다 (Segre et al. 2011).

우세한 균종의 군체 형성은 표집된 피부 부위의 미세 환경에 따라 결정 됩니다. 피지를 분비하는 부위에서 Propionibacterium spp. 종군이 우세하며, 습한 부위에는 Corynebacterium 과 Staphylococcus spp. 종군이 우세하지만, 건조한 부위에 위치한 microbiota는 다양한 편입니다(Segre et al. 2011).

점액물 마이크로바이옴과 비교하였을 시, 시간이 경과율에 비례해 피부 마이크로바이옴이 가장 큰 변이성을 보이며 발생계통적(phylogenetic) 시점에서 가장 큰 다양성을 보입니다(Segre et al. 2011).

피부 면역 체계는 microbiota 의 군체 형성을 조절 할 뿐만 아니라 감염이나 상처가 생겼을 때에도 굉장히 중요한 역할을 합니다. 실제로 여러 피부 질환에서 조절되지 않은(dysregulation) 면역 반응이 원인으로 명백하게 규명지어 지기도 합니다(Segre et al. 2011).

광범위한 피부 질환의 주요 요인으로 미생물 성분이 상정되어 집니다. 상정된 피부 질환의 예로서 아토피, 여드름, 지루성 피부염 및 만성 상처 등이 있습니다. 공생균(commensal bacteria; Staphylococcus epidermidis)의 경우 병원성으로 변이 되어 침습성 감염(invasive infection)을 일으키기도 합니다 (Segre et al. 2011).

*마이크로바이옴(microbiome)과 미생물군집(microbiota)의 차이는?

마이크로바이옴(microbiome)이란 마이크로바이오타(microbiota)와 게놈(genome)이 합쳐서 만들어진 합성어로, 인간, 동물, 식물, 토양, 바다, 호수, 암벽, 대기 등 모든 환경에서 서식하거나 공존하는 미생물과 그 유전정보를 포함하는 미생물군집이라고 보면 됩니다. 또 다른 사전적 의미로 “우리 몸에 사는 미생물의 유전 정보 전체 혹은 우리 몸에 사는 미생물 자체”를 뜻하기도 합니다. 이렇듯, 마이크로바이옴이 해당 부위/위치에 기생하는 미생물의 전체적인 게놈(genomes; 으로서 유전정보)을 의미한다면 마이크로바이오타는 해당 부위/위치에 기생하는 모든 미생물(예를 들어, 박테리아, 바이러스, 곰팡이 등)을 의미하는 것입니다.

인체에 서식하는 대부분의 미생물은 인간에게 어떤 해도 끼치지 않으면서 존재하는 공생균(Commensal microorganism)으로써 이들 중 일부는 인간 세포가 만들 수 없는 대사 물질을 생성하거나 병원균의 생장을 억제하는 등 인간에게 이로운 효과를 나타내는 유익균(Beneficial microorganism)입니다. 하지만 특정 신체 부위에서는 일반 공생균으로서 존재하지만 다른 신체 부위 혹은 환경 조건에 따라서는 병원성을 나타내는 유해균(Pathobiont)도 존재합니다.

인체 여러 부위 중에서 장(腸)내에는 가장 많은 숫자의 미생물들이 높은 다양성을 가지고 서식하고 있고, 미생물-미생물 및 인간-미생물 간의 복잡한 상호작용이 이루어지고 있습니다. 따라서 장내 마이크로바이옴(Intestinal microbiome)을 인체 마이크로바이옴이라고 하기도 하며, 그 수와 다양성이 매우 커서 인간의 세컨드 게놈(Second genome)이라고 하기도 합니다. 이러한 장내 마이크로바이옴은 장 질환뿐만 아니라 아토피와 같은 피부 질환, 비만이나 당뇨병과 같은 대사 질환, 그리고 최근에는 우울증 등의 정신 질환과 노화 및 암 등 다양한 질병과 인간 건강에 큰 영향을 미친다고 연구보고가 점점 증가하고 있습니다.

마이크로바이옴이 인체에 큰 영향을 미친다는 것은 2007년 Gordon 연구진에 의해 네이쳐지에 발표 되었습니다. 비만 쥐의 분변을 무균 쥐가 마른 쥐의 분변을 주입한 무균 쥐보다 빠른 시간 내에 비만이 되는 것을 확인하였습니다 (Gordon et al. 2007.) 이후 2013년 Walker 연구진이 비만에 대해 불일치 하는 여자 쌍둥이의 분변을 무균 쥐에 주입한 결과 비만쌍둥이 분변 이식 무균쥐가, 마른쌍둥이 분변 이식 무균쥐에 비해 더 빨리 지방이 증가하여 비만이 되는 것을 발견하였습니다 (Walker et al. 2013.) 이후 기존의 배양-방법(culture method)로 microbiota를 밝혀내었다면, 방법 또한 개선 되어 16S 리보솜 RNA, 차세대염기서열분석(Next-Generation Sequencing) NGS sequencing, shotgun sequencing, amplicon 으로 보다 다양한 양의 microbiota 형성 균주를 strain level까지로 정확하게 밝혀낼 수 있게 되었습니다 (Segre et al. 2018, Segre et al. 2011.)

*장내 마이크로바이옴과 피부 연관성?

실제로 장내 마이크로바이옴의 경우 신경질환, 심혈관 질화, 암, 당뇨병, 대사 질환 등 비감염성 질환에 중요하게 작용하고 있는 것으로 나타납니다.

지난 2007년 발표된 논문으로 내장-microbiota가 아토피 습진(atopic eczema)에 기여 할 수 있는지를 보는 연구로 유럽 각 3지역군에서 에서 취합한 자료를 배경으로 조사되었습니다. 각 Göteborg (n = 116), London (n = 108), and Rome (n = 100) 지역에서 출산전후의 아기들의 분변을 채취한 날에 기한을 두어(출산일 기준 각 7, 14, 28일 뒤에 채취하였고, 추후 2, 6, 12개월 뒤에 채취하였습니다) 특정 대장균이 아기의 내장-microbiota에 도입된 시점(acquisition of partical bacterial group)이 아토피 습진 또는 생후 18개월 뒤 측정한 값으로 특정 음식 알레르겐-IgE level과 연관이 있는지 확인하는 실험 이였습니다. Wold 연구진은 산모의 출산경력이나, 분만 방식, 아기가 섭취한 음식을 공변량(covariates)로 두고 실험하였지만, 결론은 내장-마이크로바이오타와 피부 질환 중 하나인 아토피 습진에 대한 관여도를 관찰 할 수 없었으며, 실험아기에게 더 나이가 많은 형제나 자매가 없는 경우, 있는 경우의 실험아기 보다 더 일찍 클로스트리디움(Clostridium) 종을 얻는 것으로 확인 하였습니다 (Wold et al. 2007). 내장 마이크로바이오타가 피부에 끼치는 영향으로 흥미를 두고 읽었지만 그렇지 않아 개인적으로 많이 안타까웠던 내용이였습니다.

*마이크로바이옴의 기원

조 단위의 박테리아, 곰팡이, 바이러스, 고세균(archaea), 그리고 피부 표면에 군집을 형성하는 작은 절지동물(arthropods)에 이르기까지 피부 마이크로바이옴은 다양하게 구성되어 있습니다. 이러한 피부 마이크로바이옴 구성군들은 여러 세대를 걸쳐 세세히 분류되어져 왔습니다.

표1. 분류화된 피부 마이크로바이옴 (Segre et al. 2011) 배양과 시퀸싱 과정을 통해 피부 표면 자생하는 미생물들을 구분 지었습니다.

미생물학과 피부과학은 굉장히 조밀하게 연관되어 있습니다. 두 분야 모두 피부표면엔 여러 다양한 박테리아 균주, 곰팡이, 바이러스가 집단적으로 형성되어 있다는 것과 이 점이 피부 질환과 건강에 가지는 연관성을 보고 하였습니다. 병원체는 자주 연구되어졌지만, 공생균은 피부 질환에 가지는 역할이 인정받지 못해, 불명확한 경우가 흔합니다. 피부 공생균이 피부에 직접적인 유익한 영향을 끼친다거나, 혹은 해로운 세균의 군집 형성을 예방할 수도 있으나, 피부 공생균에 대한 연구가 필요합니다.

참고문헌:  

유럽연합국 화장품원료 데이터베이스: CosIng the EU Commission's database on information on cosmetic ingredients. Retreived from

(https://ec.europa.eu/growth/sectors/cosmetics/cosing_en) 

대한민국특허청(KR), 10-2017-0029103. 유산균 발효 허브 추출물을 함유하는 면역활성, 소화불량, 설사 및 변비 예방 또는 개선 기능 성 식품 조성물. Retreived from 

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