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미생물과 마이크로바이옴 연구의 미래


BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 20-87

미생물과 마이크로바이옴 연구의 미래


 ◇ Nature는 치료제 개발, 발효식품 생산, 작물 생육 조절 등 인류 삶의 질 향상에 기여해 온 미생물과 마이크로바이옴(미생물 군총)에 대해서  향후 10년의 연구방향 및 이를 위해 필요한 기술에 대해 소개


▸주요 출처 : Nature Communications, Microbes and microbiomes in 2020 and beyond, 2020.10., Nature, what’s next for the human microbiome?, 2019.5., 삼정 KPMG 경제연구원, 마이크로바이옴이 몰고 올 혁명, 2020.1 

■ 미생물 및 마이크로바이옴은 의학(치료제)적 활용을 넘어 식품·농업·헬스케어 등 다양한 산업 영역에 큰 영향

○ 미생물이 지구 온난화와 지구 탄소순환에서 큰 역할을 한다는 것은 이미 인지된 사실이며, 농업, 식품, 치료제, 진단, 화장품, 수의학까지 산업 전반에 영향을 주는 것으로 파악

 

< 마이크로바이옴의 주요 활용 분야 매핑 >

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출처 : 삼정 KPMG 경제연구원, 마이크로바이옴이 몰고 올 혁명, 2020.1


○ 최근 인체와 마이크로바이옴 사이의 연관성을 밝히는 데에 시·공간에 걸쳐 미생물을 조사할 수 있는 기술(유전체, 대사체 분석 및 AI 접근방법 결합 등)이 발전함에 따라 '미지의 신세계를 탐험할 수 있는 기회'를 포착
- 향후 미생물과 마이크로바이옴에 대해 급증하는 지식을 기반으로 미지의 세계를 탐험하는 데 필요한 다양한 도구(tool) 개발이 중요해질 것으로 전망


■ 전문가들은 마이크로바이옴이 향후 인간 및 환경에 미치는 영향을 규명하기 위한 혁신적인 도구 및 기술을 제시

○ (인간 마이크로바이옴, Human Microbiome) 지난 20년간 전 세계적으로 다양한 공동연구를 통해 인체에 서식하는 미생물을 파악
- 특히, 지난 10년(2007~16) 동안 17억 달러 이상이 관련 연구에 집중 투입되었으며, 미국 중심의 ‘Human Microbiome Project(HMP)’를 통해 소기의 목적을 달성
- HMP의 총괄 매니저인 ‘Lita Proctor’는 그간 이루어낸 참조 데이터 세트(reference data set), 계산기술, 분석방법 및 임상 프로토콜 등이 주요 성과라는 견해를 제시(Nature, 2019) 
※ Human Microbiome 연구를 위해 2012~16년 NIH로부터 연구비를 지원받은 연구자중 약 75%(100개 이상의 질병에 대한 연구)가 연구비 신청 시 Human Microbiome Project 데이터 및 tool에 의존한다고 언급
- 이외 EU의 Metagenomics of the Human Intestinal Tract(MetaHIT)(중국과 협력), Irish Metagenomics of the Elderly(ElderMet), Canadian Microbiome Initiative, 일본 휴먼 메타게놈 컨소시엄 등이 추진 

Human Microbiome Project의 주요 연구결과


1. 특정 박데리아 그룹은 식이섬유를 사용하여 주요 신호전달물질(: 단쇄 지방산)을 생성하는데, 이는 인간의 손상된 마이크로바이옴을 치료하고 복원하기 위한 영양 기반 접근방식 개발로 연계

2. 한 사람에게서 다른 사람에게 장내 미생물을 이식하는 것은 재발성 클로스트리디움 디피실리(Clostridium difficile) 감염의 치료에 90% 이상 효과적인 것으로 밝혀짐. 현재까지 항생제의 반복 투여가 유일한 치료방법

3. 암 치료에 있어 면역체계를 활성화하는 것이 환자의 장내 마이크로바이옴 특정 구성원과 관련이 있다는 사실을 발견하면서 이에 대한 새로운 접근방식이 제안

출처 : Nature, what’s next for the human microbiome?, 2019.5

- 저분자 물질, 펩타이드를 통한 숙주, 미생물 간의 복잡한 신호전달 이해가 치료제 개발 및 임상시험 진입을 결정하는 중요한 영역이 될 것으로 예상

- 또한 파지, 원생생물 및 기타 진핵생물 공생체를 특성화하기 위해 숙련된 시퀀싱 기술과 Bioinformatics 알고리즘이 유망한 개발 영역으로 예상
- 다만, 연구대상이 주로 서양과 백인 인구로 연구대상의 다양성이 부족

 

...................(계속)

 

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