마이크로바이옴 연구상용화 동향

[Michael]

1. 서론

  미국 세인트루이스 워싱턴대 Jeffrey Gordon 교수팀이 2006년 발표한 2개의 논문이 마이크로바이옴의 연구 필요성을 확산시켰다. 이 연구는 살찐 사람은 Bacteroides가 적고 마른 사람은 Firmicutes가 많은 것을 발견하였고[1], 살찐 사람이 체중 감량에 따라 장내 미생물이 변하는 것을 보여주었다[2]. 이후 대학교에서 마이크로바이옴의 연구가 활성화되었고 이를 기반으로 여러 기업들이 창업되었다. 마이크로바이옴의 연구상용화는 다양한 분야에서 진행되고 있으나 본 동향조사에서는 장뇌축(Gut–Brain Axis)을 중심으로 한 뇌과학산업 분야를 중심으로 살펴보았다.
 

2. 마이크로바이옴 주요 기업동향

마이크로바이옴 주요 기업 동향

  uBiome은 QB3 (California Institute for Quantitative Biosciences) 연구원이던 Jessica Richman과 Zachary Apte가 2012년 설립하였다. QB3는 샌 프란시스코 지역의 3개 대학 (UC Berkeley, UCSF 및 UC Santa Cruz)의 기술 상업화를 위한 비영리기관이다. 유바이옴은 2017년 7월 “신경 건강 분야의 마이크로바이옴 기반 진단 및 치료 방법 및 시스템 (Method and system for microbiome-derived diagnostics and therapeutics for neurological health issues, US9710606B2)” 등 6건의 마이크로바이옴 관련 특허를 등록하였고, 심사 중인 특허가 70여개 있다. 유바이옴은 내장 박테리아에 대한 정보를 제공하는 시퀀싱 기반 임상 미생물 검사 등을 제공하고 있으며, 1억 100만 달러의 투자를 유치하였다.

  Evelo 바이오사이언스는 MIT 경영대학원 Noubar Afeyan 교수가 2015년 설립하였다. 에벨로는 특정 단일 클론(monoclonal) 미생물이 장-신체 네트워크에 작용하여 신체 전체의 면역 반응을 조절하는 것을 기반으로 미생물의약품을 개발 중이다. 에벨로는 “염증을 억제하는 클로스트리디알을 함유하는 프로바이오틱 조성물 (Probiotic compositions containing clostridiales for inhibiting inflammation, US9610307B2)”기술을 2017년에 미국 특허청에 등록하였으며 1억 3,250만 달러를 투자받고, 2018년 5월 나스닥에 상장되었다.

  Kallyope는 Richard Axel 등 콜롬비아대 교수들의 연구를 기반으로 2015년 설립되었다. 칼리오페는 장뇌축(Gut–Brain Axis) 회로를 조절하여 여러 치료 영역에서 새로운 의약품을 발견 할 수 있는 혁신적인 플랫폼을 개발하였으며 1억 3100만 달러의 투자를 유치하였다.

  Axial 바이오테라퓨틱스는 CalTech Sarkis Mazmanian 교수와 Paul Patterson교수의 연구를 기반으로 2016년 설립되었다. 이 연구는 인간 자폐증의 주요 특징들을 보여 주는 쥐들의 장내에 Clostridia와 Bacteroidia 두 가지 박테리아가 정상 쥐보다 휠씬 많은 것을 발견하였다[3]. Bacteroides fragilis라는 항염증제 성분으로 알려진 미생물을 투여하여 이 두 가지 박테리아의 수를 정상 쥐 수준으로 변화시키자 자폐증의 증상도 완화되는 것도 발견하였다. 이 연구결과를 2016년 “자폐증 치료를 위한 프로바이오틱스 치료법 (Probiotic therapies for autism, US9452189B2)”으로 미국 특허청에 등록하였다. 이를 기반으로 인간의 장내 미생물과 중추 신경계 사이의 연결을 이용하여 신경 질환 및 장애가 있는 사람들의 삶의 질을 향상시키는 새로운 종류의 생물 요법을 개발하고 있으며, 5450만 달러의 투자를 유치하였다.

  Enterin은 조지타운의대 Michael Zasloff교수가 2016년 설립하였다. 파킨슨병의 증상이 나타나기 전에 변비가 먼저 나타나며 파킨슨병 환자의 60%이상이 변비로 고통받고 있다. 엔터린이 개발한 ENT-001(Kenterin)은 장과 뇌 사이의 신경 신호 전달을 향상시키고 창자에서는 운동성을 향상시키는 것으로 기대된다. 엔터린은 ENT-001(Kenterin)을 파킨슨병 치료제로 연구중이며 1440만 달러의 투자를 유치하였다.

  일본 모리나가 유업은 비피더스 균 A1이 알츠하이머병의 발병을 억제할 수 있다는 연구 결과를 2017년에 발표하였고[4], 이 연구를 기반으로 “조현병 치료제에 관한 특허 (therapeutic agent for schizophrenia, JP6234331B2)”를 일본 특허청에 등록하였다. 비피더스 균을 함유한 식품은 30년 이상의 식용 경험에서 안전성이 확인되고 있으므로 부작용이 거의 없고, 안전성이 높은 장점이 있다.

  일본 야쿠르트주식회사는 일본 국립 정신·신경의료연구센터 신경연구소와 공동으로 우울증 환자의 장내 세균에 관한 연구결과를 2016년 발표하였다[5]. 이 연구에서 비피더스 균과 유산균의 수가 우울증 환자의 경우 현저하게 감소한 것으로 나타났는 데, 이를 기반으로 한 “정신질환 바이오마커 (Biomarker for mental disease, WO2016167365A1)”를 2016년 미국, 일본 및 유럽특허청에 출원하였다.
 

3. 마이크로바이옴 주요 연구동향

  상용화가 진행되고 있는 마이크로바이옴 연구를 조사한 데 이어서 상용화로 발전할 가능성이 높은 마이크로바이옴 연구를 조사하였다. 자폐와 장내세균의 관계를 연구하는 UCLA의 Sydney Finegold 교수팀은 자폐아 소화관 내 Clostridium perfringens 독소 유전자의 검출 연구결과를 2017년에 발표하였다[6]. 이 연구를 기반으로 미국 보훈처(US Department of Veterans Affairs)가 “신경 질환의 진단, 예방 및 치료 방법 (Method for diagnosing, preventing, and treating neurological diseases, US9707207B2)”을 특허 등록하였다. 이 발명은 환자의 위장관에서 디설포비브리오 (Desulfovibrio) 과증식과 관련된 자폐증을 치료하는 방법을 제공한다. 이 발명의 프로바이오틱 치료법은 건강한 사람에게서 발견되는 일반적인 비율로, 장내 미생물이 구성되도록 고안하였다.

  켄트 주립대 John Gunstad 교수팀은 장내미생물 구성과 인지기능의 연관성 연구결과를 2017년에 발표하였다[7]. 연구진은 신경생물학적으로 건강한 고령자(50-85세)를 모집하고 인지기능이 손상된 그룹과 손상되지 않은 그룹으로 분류한 후 장내 미생물 검사를 수행하였다. 인지기능이 손상되지 않은 그룹은 Bacteroidetes와 Proteobacteria가 낮은 수준을 보였고, Firmicutes와 Verrucomicrobia가 높은 수준을 보여 장내 미생물을 고령자의 인지 기능 회복 치료의 타겟으로 고려할 필요성을 제기하였다.

  캐나다 McMaster대 Premysl Bercik 교수팀은 프로바이오틱스가 우울증의 증상을 완화하는 데 도움이 될 수 있다는 연구결과를 2017년에 발표하였다[8]. 이 연구에서 Bifidobacterium longum NCC3001을 투여한 환자의 경우 6주차에 우울 점수가 감소하였고, fMRI 분석 결과 편도선과 전두엽을 포함한 여러 뇌 영역에서 부정적인 감정 자극에 대한 반응이 감소하였다.

  스웨덴 Lund대 Frida Fåk Hållenius 교수팀은 장내 미생물이 알츠하이머병에 미치는 영향에 관한 연구를 2017년에 발표하였다[9]. 연구진은 알츠하이머병에 걸린 쥐와 건강한 쥐의 장내 박테리아 구성이 다른 것을 발견하였다. 또한 질병이 있는 쥐의 장내 미생물을 무균 쥐에게 옮긴 후 뇌에서 베타-아밀로이드 플라크가 발견함으로써 장내 미생물과 질병 발생과의 연관성을 밝혔다.

4. 결론

  본 동향조사에서는 최근 10여년간 뇌과학산업분야에서 마이크로바이옴의 주요 상용화 동향 및 상용화로 발전할 가능성이 높은 연구들을 조사하였다. 미국에서는 마이크로바이옴의 가능성이 확인되면서 막대한 자금이 이 분야로 투입되면서 연구의 상용화가 가속화되고 있는 것으로 보인다. 국내에서도 마이크로바이옴의 연구는 많이 진행되고 있으나 연구자금과 인력이 상대적으로 부족한 것으로 평가되고 있다. 이 분야에 연구자금 및 인력이 충원되어 전문기업들이 많이 설립되고 국제경쟁력을 갖춘 제품들이 나와 경제발전 및 국민건강 증진에 기여할 것을 기대한다.
 

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[1] Ley, Ruth E., et al. "Microbial ecology: human gut microbes associated with obesity." nature 444.7122 (2006): 1022.

[2] Turnbaugh, Peter J., et al. "An obesity-associated gut microbiome with increased capacity for energy harvest." nature 444.7122 (2006): 1027.

[3] Hsiao, Elaine Y., et al. "Microbiota modulate behavioral and physiological abnormalities associated with neurodevelopmental disorders." Cell 155.7 (2013): 1451-1463.

[4] Kobayashi, Yodai, et al. "Therapeutic potential of Bifidobacterium breve strain A1 for preventing cognitive impairment in Alzheimer’s disease." Scientific reports 7.1 (2017): 13510.

[5]  Aizawa, Emiko, et al. "Possible association of Bifidobacterium and Lactobacillus in the gut microbiota of patients with major depressive disorder." Journal of affective disorders 202 (2016): 254-257.

[6] Finegold, Sydney M., et al. "Detection of Clostridium perfringens toxin genes in the gut microbiota of autistic children." Anaerobe 45 (2017): 133-137.

[7] Manderino, Lisa, et al. "Preliminary evidence for an association between the composition of the gut microbiome and cognitive function in neurologically healthy older adults." Journal of the International Neuropsychological Society 23.8 (2017): 700-705.

[8]  Manderino, Lisa, et al. "Preliminary evidence for an association between the composition of the gut microbiome and cognitive function in neurologically healthy older adults." Journal of the International Neuropsychological Society 23.8 (2017): 700-705.

[9] Harach, Taoufiq, et al. "Reduction of Abeta amyloid pathology in APPPS1 transgenic mice in the absence of gut microbiota." Scientific reports 7 (2017): 41802.