돼지 소장 내 박테리아가 활용하는 아미노산은 주로 사료 및 내인성 단백질에서 유래하며, 장내 박테리아가 자체 합성하거나 외부에서 획득하여 다양한 대사 경로에 사용됩니다. 특히, 장내 박테리아가 합성할 수 없는 아미노산은 필수 아미노산으로 간주되어 주변 장 내용물로부터 공급받아야 합니다. 대장에서는 주로 소장에서 완전히 소화되지 않은 단백질에서 아미노산이 공급되는 것으로 추정됩니다.
본 종설은 돼지 장내 박테리아의 아미노산 대사에 대한 최신 지식을 종합적으로 제시합니다. 아미노산 유래 세균 대사산물이 장내 미생물의 대사와 생리에 미치는 영향을 분석하고, 이들 화합물 중 일부가 장 상피세포에 미치는 유익하거나 해로운 영향을 정리합니다.
나아가, 아미노산 유래 세균 대사산물인 암모니아와 황화수소 배출이 환경에 미치는 부정적인 영향을 설명합니다. 이들 오염 물질의 배출을 줄이고 돼지의 장 건강을 유지하기 위한 장내 박테리아의 아미노산 대사 조절 분야의 미래 연구 방향을 제안합니다.
이 연구는 돼지 장 건강 증진과 환경 오염 물질 저감이라는 두 가지 중요한 목표 달성을 위한 통찰을 제공합니다.
하이퍼폴라라이즈드(Hyperpolarized) 13C MRI는 실시간으로 대사 흐름을 비침습적으로 영상화하는 유일한 방법이지만, 대부분의 연구는 [1-13C]피루브산과 동적 핵분극(dDNP)에 의존해왔습니다. 본 연구에서는 파라수소 기반의 SLIC-SABRE(Spin-Lock-Induced-Crossing-Signal Amplification by Reversible Exchange) 방법을 활용하여 프로티오 및 부분 중수소화된 [1-13C]케토이소카프로산(KIC)의 효율적인 과분극 기술을 확립했습니다.
메탄올-d4 환경에서 최대 28%의 13C 분극과 1 T에서 200초 이상의 T1 이완 시간을 달성했습니다. 신속한 정제 과정을 통해 생체 적합한 제형을 얻었으며, 주사 시점에 약 11%의 13C 분극을 유지하여 세포 및 생체 내 연구에 충분한 수준임을 확인했습니다.
세포 내 실험 결과, 분지쇄 아미노산 전이효소(BCAT) 활성이 높은 MDA-MB231 유방암 세포에서만 과분극된 [1-13C]류신이 형성되었고, BCAT1이 낮은 MCF7 또는 PyB6 세포에서는 관찰되지 않았습니다. 생체 내 개념 증명 실험에서는 SABRE [1-13C]KIC-d2 정맥 주사 후 건강한 쥐의 뇌에서 [1-13C]류신 형성이 13C 자기 공명 분광 영상으로 성공적으로 감지되었습니다.
본 연구는 [1-13C]KIC-d2가 BCAT1 의존성 대사를 민감하게 판독할 수 있는 프로브임을 입증하며, SLIC-SABRE가 이 프로브를 신속하게 생성할 수 있음을 보여줍니다. 이는 파라수소 기반 과분극 기술의 접근성을 암 생물학 및 화학 저항성과 관련된 아미노산 대사 경로로 확장하는 데 기여합니다.
