만능 재주꾼 마이크로바이옴(관련 회사 포함)

"자폐·치매·암까지 치료"…별거 다 하는 마이크로바이옴

 

인간의 몸속에는 많은 미생물(마이크로바이옴)들이 존재한다. 예전엔 존재조차 몰랐지만 최근 들어 음식 소화, 내분비 기능 조절에서부터 신경 전달, 면역력 강화, 암 억제, 염증 치료, 대사 조절 등 인체에 다양한 역할을 하는 것으로 밝혀지고 있다. 장내미생물(microbiota)들이 모인 생태계(마이크로바이옴)를 건전하게 가꾸고 조절하는 일이 건강에 중요하다는 인식도 커지면서 관련 시장도 급속도로 성장하고 있다.

◇장내미생물이란?
사람의 피부와 체강에는 다양한 세균, 고세균, 바이러스, 진균 등 미생물들이 존재한다. 이들 미생물의 집단을 마이크로바이옴(microbiom)이라고 부른다. 숙주인 사람과 생태적 공동체를 이뤄 상호작용을 하면서 건강 유지나 질환 발생에 중요한 작용을 한다. 그중에서도 인간의 장내에는 건강에 중요한 영향을 미치는 대부분의 미생물들이 살고 있다. 다양한 화합물을 생성해 음식 소화, 장내 분비 기능 및 신경 신호 조절, 면역력 강화, 약물 작용 및 대사 조절 등에 중요한 역할을 한다. 즉 장내미생물은 숙주 세포 증식 및 혈관 형성에 영향을 줘 광범위한 질환 치료에 효과가 있다.

장내미생물은 유익균(프로바이오틱스)과 유해균(나쁜 박테리아)으로 구분할 수 있다. 유익균으로는 바피도박테리아, 에스체리치아 콜라이, 락토바실러스가 있고 유해균에는 캠필로박터, 엔테로코커스, 클로스트리디움 등이 꼽힌다. 장내에 이 같은 균들의 생태계가 얼마나 건전하냐가 핵심인데 수유나 식생활 등 생활 방식, 음주나 약물 등 후천적 환경은 물론 유전적 영향도 받는 것으로 알려져 있다.

◇왜 중요한가?
미생물-장-뇌 축이론(Microbiota-Gut-Brain axis)이 주목을 끌고 있다. 기존엔 ‘뇌-장 축이론’, 즉 뇌 기능의 변화가 장 기능에 영향을 준다는 이론이 대세였다. 그러나 최근 들어 장내미생물이 역으로 인간의 건강에 큰 영향을 끼친다는 연구 결과가 잇따라 보고되면서 오히려 장내미생물들이 장과 뇌에 큰 영향을 준다는 ‘미생물-장-뇌 축 이론’이 힘을 얻고 있다. 예컨대 자폐아에게 건강한 사람의 장내미생물을 투여했더니 치료할 길이 거의 없는 것으로 알려져 있는 자폐 증상이 개선됐다는 연구 결과가 대표적 사례다. 이를 통해 과학자들은 장내세균을 통해 뇌질환의 치료 가능성을 확인하기 위해 다양한 연구를 진행해 일부 성과를 내고 있다. 한국연구재단이 지난달 펴낸 연구개발(R&D) 보고서에 따르면 장내 미생물 관련 논문은 1990~2000년대만 해도 전 세계에서 406건에 불과했지만 이후 급증해 2016~2020년 6만1482건이나 발표됐다. 국내에서도 정부가 기초연구사업으로 지원하면서 연구가 활발하다. 2018년 23건(33억1900만원), 2019년 32건(46억1800만원), 2020년 40건(66억8300만원)이 지원됐고, 이 결과 주요 논문(SCI 게재)이 2018년 14건, 2019년 24건, 2020년 61건이 각각 발표되는 등 성과가 나왔다.

◇주요 연구 성과
장내미생물들의 다양한 건강, 질병 관련 기능들이 속속 드러나고 있다. 연세대 연구팀은 최근 미생물 유래 단백질인 P8가 대장암 억제 효과를 갖고 있다는 사실을 확인했다. 이에 유전자 조작을 통해 P8질을 과잉생산하는 미생물을 만들어 대장암 발현 동물모델(쥐)에게 투입했더니 탁월한 항암 효과를 보였다. 또 포항공과대 연구팀은 효모에서 추출한 다당체가 염증성 장질환(IBD) 및 다발성 경화증(MS)을 억제한다는 사실을 확인했다. 코로나19가 장내미생물에 변화를 일으킨다는 사실도 드러났다. 미국의 하와이대 암센터 연구팀은 지난해 5월 중증 코로나19 환자의 장·폐에서 미생물 군집의 변화가 확인됐다는 연구 결과를 발표했다. 그만큼 코로나19가 인체에 큰 영향을 미치며, 역으로 이 같은 미생물이 인간의 건강에서 중요한 역할을 한다는 점을 시사했다는 평가다. 이탈리아에선 2020년 8월 장내미생물에서 만들어지는 물질이 알츠하이머병의 원인으로 작용한다는 연구 결과를 발표해 전 세계에 충격을 주기도 했다. 또 중국 수도의과대는 지난해 3월 척추 손상을 입은 쥐에게 장내미생물을 이식했더니 신경이 회복됐다는 논문을 발표했다. 이와 함께 한국생명공학연구원은 2020년 7월 장내미생물 유래 물질이 꼬마선충의 수명을 조절한다는 사실을 확인해 숙주, 즉 인간의 장수에도 영향을 미칠 수 있다는 점을 시사했다.

◇마이크로바이옴, 식품·제약의 대세
빅데이터·컴퓨팅과 유전자 분석 기술의 발달로 빠른 연구가 가능해지면서 마이크로바이옴이 기능성·약용 식의약품시장에서 대세로 떠올랐다. 초고속 대용량 염기서열 분석 기술의 급격한 발달로 장내미생물에 대한 분석이 가능해지고 생태계에서의 기전을 더 정확하고 빠르게 알 수 있게 됐다. 이러한 새로운 기능 및 작용에 대한 지식의 축적은 식품 및 제약 기업의 신제품 개발 활성화로 이어지고 있다. 글로벌 마이크로바이옴시장은 급속히 성장하고 있다. 한국생명공학연구원 국가생명공학정책연구센터에 따르면 2019년 811억달러에서 연평균 6%씩 성장해 2023년에는 1086억8000만달러 규모가 될 것으로 전망된다. 국내 프로바이틱스시장도 2012년 519억원에서 급격히 커져 2016년에는 1903억원에 달하는 등 2012~2016년 연평균 38.4%씩 급성장했다. 과학기술일자리진흥원에 따르면 2020년 기준 글로벌 프로바이오틱스시장 규모는 43억달러를 넘어섰고, 연평균 8.7%씩 성장하고 있다.

김동현 서울대 교수는 장내미생물의 새로운 기능에 대한 연구 지원이 필요하다고 지적했다. 김 교수는 "국제적으로 장내미생물의 새로운 역할 발견에 대한 연구가 상당수 발표되고 있는 반면 국내에선 특정 질환 환자와 건강인의 마이크로바이옴이 다르다거나 효능 확인 수준의 연구가 대부분"이라며 "마이크로바이옴의 기초연구가 탄탄하게 이뤄져야 국제적인 경쟁력을 갖춘 장내미생물 기반 제품 개발로 이어질 수 있을 것"이라고 말했다.

 

장내 마이크로바이옴이 하는 일
 
자신의 몸이 균으로 가득 차 있다고 생각하면 유쾌하진 않지만, 인간은 균들과 공생관계 속에서 살고 있으며 이러한 미생물은 인간의 삶을 향상시킬 수 있는 많은 일들을 하고 있으므로 안심해도 좋다. 마이크로바이옴은 우리에게 다음과 같은 것들을 제공해준다.
 
에너지
: 사람의 에너지 중 10~20%는 섭취한 식품을 신체가 분해해서 확보한 결과가 아니라, 균이 분해한 결과다. 사람의 마이크로바이옴은 소화효소와 신체에 필요한 비타민을 생성한다. 또한 사람이 섭취한 식품에서 에너지를 얼마나 추출할지를 정하는 역할을 한다.
 
필수 비타민
: 마이크로바이옴은 우리 몸에 꼭 필요하지만 스스로 생성하지 못하는 비타민 K(메나퀴논), 비타민 B12(코발라민), 비타민 B9(엽산), 비타민 B2(리보플라빈) 등 필수비타민을 생성한다.
 
면역
: 마이크로바이옴은 사람의 면역계 조절을 돕는다. 사실 건강한 면역계를 생성하는데는 마이크로바이옴이 필요하다. 마이크로바이옴은 외부침입자를 식별하는 데 도움을 주며 인체가 (자가면역질환처럼) 스스로 공격하지 않도록 한다. 또한, 병원체를 막는 장벽을 생성하고, 어떤 물질에는 알레르기 반응이 생기고, 어떤 물질에는 알레르기가 생기지 않을지를 결정한다.
 
건강
: 인간의 마이크로바이옴은 인간 숙주의 건강 상태를 좋은 상태 또는 나쁜 상태로 움직일 수 있다. 비만, 자가면역질환, 천식, 알레르기, 우울증, 기타 정신질환, 크론씨병과 궤양성대장염 같은 염증성 장질환, 신경퇴행, 암, 혈관병 같은 여러 증상과 마이크로바이옴의 관계가 밝혀진 상태다. 마이크로바이옴을 이용해 어떻게 이러한 질환들을 극복할 수 있을지 그 방법에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.
 
 
마이크로바이옴의 균형이 깨진다면
 
모든 마이크로바이옴은 여러 종류의 세균을 광범위하게 가지고 있으며, 그 중 일부는 특히 병원성 세균이 번성할 수 있는 환경이 만들어지면 문제를 일으킨다. 마이크로바이옴의 균형이 깨지면 다음과 같은 현상이 나타난다.
 
노화
: 마이크로바이옴은 특히 다양성이 떨어질 때 노화와 관련된다. 다양성을 가진 마이크로바이옴이 활발하고 훨씬 유효한 마이크로바이옴이지만, 균의 다양성이 훼손되면 즉 종류가 적어지면, 신체적으로도 허약해지고 치매에서처럼 인지능력도 떨어진다. 균의 다양성이 줄어드는 것은 식품 구성의 다양성이 낮고, 당 함량이 높으며, 섬유질이 적은 서구식 식단 때문이다. 천연식품, 비가공식품 등 전통적인 식단에 들어가는 훨씬 다양한 식품으로 변화를 주어 식단을 구성함으로써 상실된 균의 일부를 다시 장에 넣어줄 수도 있고, 더 다양한 장내 세균 집단이 살 수 있도록 섬유질을 보충하는 방법도 있다.
 
대사증후군의 증감
: 비만, 당뇨병, 고콜레스테롤혈증, 지방간 등의 병증은 한 사람에게 동시 다발적으로 발생하며, 이를 ‘대사증후군’이라 부른다. 이는 심장마비, 뇌졸중, 동맥경화증, 신장병 등의 위험한 합병증의 원인이 될 수 있다. 대사증후군 유병률이 증가한 원인 중 상당수는 현대인의 장내 마이크로바이옴의 변화와 관련이 있을 수 있다. 마이크로바이옴은 우리 몸의 대사에 영향을 주는데, 이는 면역계, 호르몬계의 조절, 장에서 혈류로 분비되는 작은 분자의 구성을 변화시키고, 인간의 대사에 영향을 줄 뿐만 아니라, 신경계에도 관여한다. 설치류 연구를 보면 아세트산염이라는 대사산물의 생성이 증가하면 부교감 신경계가 활성화되고, 포도당 자극성 인슐린 분비가 증가하여 결국 비만을 야기한다.
 
 
마이크로바이옴과 요요현상
 
다이어트를 해본 사람은 누구나 한 번쯤 요요현상을 겪어봤을 것이다. 다이어트 실패에 대한 여러 통계자료들이 나와 있지만, 우리 연구에 따르면 대략 체중 감량을 경험한 사람의 80%는 체중이 복구되는 경험을 했고, 때로는 뺀 것보다 더 많이 불어나기도 했다. 이런 통계는 다이어트를 하고 싶어 하는 사람들에게 결코 좋은 소식일 리 없다. 이런 현상을 ‘재발성 비만’이라고 부르지만, 흔히들 요요현상, 요요 비만으로 알려져 있다.
 
체중을 줄이고 건강관리를 하려는 사람들에게 감량하고 싶은 만큼의 체중을 덜어내는 것이 불가능하다는 소식은 그 무엇보다 실망스러운 소식이다. 우리는 ‘체중이 되돌아온다면, 신체가 이전의 상태를 기억하고 있어서 몸이 원래 상태로 돌아가려는 환경을 만드는 것이다’라는 가설을 세웠다. 그리고 이 ‘기억’이 마이크로바이옴에 저장되어 있지 않을까 하는 생각을 했다. 결론적으로, 마이크로바이옴은 지속적으로 우리의 식생활과 기타 변화하는 조건에 반응한다. 또한, 비만 상태일 때와 체중이 증가하는 동안 마이크로바이옴이 특징적으로 바뀐다. 그리고 이러한 신체 변화가 거듭될수록 대사이상으로 이어질 수 있다. 예를 들어, 마이크로바이옴이 비만 상태에서는 같은 음식에서 더 많은 열량을 뽑아내는 식이다.
 
비만했던 기간에 바뀌어버린 마이크로바이옴이 체중 감량 후 원래의 날씬한 몸의 구성으로 복귀가 안 되거나, 완전히 복귀하지 못하면 어떻게 될까? 비록 지금은 날씬하지만 마이크로바이옴이 비만 상태의 구성을 유지하고 있으니 체중 유지를 더 어렵게 만드는 것일까? 우리는 이와 관련해 한 가지 실험을 해보았다. 한 집단의 생쥐에게 증량식을 투여해 비만으로 만든 후, 다이어트가 성공할 때까지 체중을 감량시켰다. 다음으로 연령과 체중이 똑같은 두 그룹의 생쥐에게 다시 동일한 증량식을 투여했다. 흥미롭게도 비만했다가 강제로 체중 감량된 생쥐는 한 번도 살쪄본 적 없는 대조군보다 체중의 증가 폭이 컸다.
 
실험 초반, 처음으로 생쥐의 체중이 늘었을 때, 이들의 마이크로바이옴은 마른 생쥐들과 달라져 있었다. 이 생쥐들이 다이어트를 하고 정상 체중으로 돌아왔지만 이들의 ‘비만’ 마이크로바이옴은 비만 상태에서 변화된 모습 그대로 유지되었다. 이 결과는 비만했던 ‘기억’이 마이크로바이옴에 저장된다는 우리의 이론을 뒷받침한다. 또한, 전에 뚱뚱했던 생쥐에게 정상사료를 지속적으로 투여하면 이들의 몸과 마이크로바이옴은 수개월이 지나야 균형을 회복하여 마른 상태가 된다. 이 연구를 사람에게 확장시켜보면 과체중의 전력이 있는 사람이 날씬한 상태로 마이크로바이옴을 복구시키는 데에는 수개월에서 수년이 소요될 수 있다.
 
마지막으로 우리는 날씬한 생쥐와 뚱뚱한 생쥐의 마이크로바이옴의 차이를 조사해보았다. 하나 알아낸 것은 요요 생쥐들의 플라보노이드 수치가 늘 날씬했던 생쥐들보다 상당히 낮다는 점이었다. 플라보노이드는 채소, 베리, 열매 과일, 견과류, 콩, 향신료에 흔히 분포하는 화학물질로, 지방세포가 더 많은 열량을 태우도록 돕는다.
 
마이크로바이옴은 우리에게 아직 미지의 세계다. 특히 자신에게 유리한 쪽으로 마이크로바이옴을 조정하기 위해 무엇을 어떻게 할 것인가에 대한 부분을 알려진 것이 없다. 일단 섬유질은 건강한 마이크로바이옴을 조성하는 데 도움이 된다. 인공감미료 섭취와 특정 생활습관은 부정적 영향을 끼친다. 그런가 하면 플라보노이드가 체중 증가를 막아줄 수 있다는 증거도 있다.

 

 

주식 투자 관련 마이크로바이옴 관련회사 

 

유바이오로직스

인트론바이오

고바이오랩

소마젠

제노포커스

지놈앤컴퍼니 

마크로젠

랩지노믹스

비피도

CJ바이오사이언스(구 천랩)

한국콜마홀딩스 

아모레퍼시픽 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(출처:https://view.asiae.co.kr/article/2022012612223028851)