마이크로바이옴을 활용한 제품 개발

[김선상대표]

비피도

마이크로바이옴은 인체에 존재하는 모든 미생물의 군집과 이들 미생물 군집이 가지는 유전정보 전체를 의미합니다. 또한 마이크로바이옴을 구성하는 인체 내 미생물들이 인간의 질환 및 건강유지에 높은 연관성을 지니고 있어 다양한질병을 치료할수 있는 혁신적인 치료기술 중 하나로 부상하고 있습니다.

한국과학기술기획평가원(KISTEP)은 마이크로바이옴을 활용하여 가치창출이가능한 제품ㆍ서비스의 범위를 기능성 제품, 치료제 개발, 진단제품및 서비스의 세 가지 분야로 구분하고 있습니다(KISTEP 기술동향브리프 2018-03호). 기능성 제품 분야는 당사가 현재 영위하고 있는프로바이오틱스 및 프리바이오틱스를 활용한 제품 분야입니다. 치료제 개발 분야는 장내 마이크로바이옴과질환간 상관관계를 바탕으로 다양한 영역에서의 치료제를 개발하고 있는 영역을 의미합니다. 진단제품 및서비스 분야는 질환이 있는 환자의 장내 마이크로바이옴 구성과 정상인과의 차이를 활용하여 진단마커를 개발하는 영역이라 하겠습니다.

구 분	내 용
기능성 제품	장내 마이크로바이옴의 균형과 기능개선을 유도할 수 있는 프로바이오틱스(probiotics) 및 프리바이오틱스(prebiotics)를 활용한 제품 ※ 건강기능 식품, 화장품 등
치료제 개발	장내 마이크로바이옴과 질환간 상관관계를 바탕으로 소화기관 관련 질환에서부터 암, 비만, 당뇨병, 구강 질환, 간염, 피부질환 등까지 다양한 분야에서 치료제 개발
진단제품 및 서비스	질환이 있는 환자의 장내 마이크로바이옴 구성은 정상인과는 달리 정상균총과 유해균의 밸런스에 뷸균형이 존재하며, 각 질환별로 그 구성에 차이가 있어 이를 활용하여 진단마커 개발

미국, 유럽 등 글로벌 과학기술 강국들은 휴먼 마이크로바이옴의 중요성을인지하고, 막대한 자금과 인력을 투입하여 대규모 프로젝트를 진행하고 있습니다. 그 결과로 휴먼 마이크로바이옴과 인간 질병 및 건강 간의 상관관계가 속속 밝혀지고 있습니다. 이와 같은 관심을 토대로 글로벌 휴먼 마이크로바이옴 시장규모는 고속으로 성장할 것으로 전망되고 있습니다. 또한 분야별 다양한 스타트업들이 설립되고 있으며 벤쳐캐피탈 업체들의 투자도 급증하고 있습니다.

현재 마이크로바이옴 관련 상업화 시장 중 가장 큰 비중을 차지하는 것은 프로바이오틱스 등의 기능성 제품 시장입니다. 국내의 경우에도 마이크로바이옴 시장이 본격적으로 형성되진 않았으나, 프로바이오틱스로대표되는 질환 개선이나 건강 증진을 위한 건강기능식품 등이 출시되고 있습니다. 또한 고시형의 프로바이오틱스가아니라 질환개선에 도움을 줄 수 있는 개별인정형 항목의 건강기능식품에 많은 프로바이오틱스 제품이 옮겨가고 있어 향후 시장은 지속적으로 증가될 것으로예상됩니다.

마이크로바이옴 산업에서는 기능성 제품 외에도 휴먼 마이크로바이옴을 활용한 치료,진단 시장이 본격화되고 해당 시장 외에도 다양한 연관 산업이 창출 될 것으로 보입니다. 마이크로바이옴유전체 서열 해독 및 분석 대행 산업, 마이크로바이옴 기반 개인 서비스 산업, 마이크로바이옴 시료 수집에 필요한 소모품 산업 등을 예로 들 수 있습니다. 이렇게치료와 진단과 연관된 다양한 산업들이 창출될 것으로 전망되는 가운데 BCC Research 는 2017년 보고서에서 2024년까지 전세계 마이크로바이옴 치료제 시장이 93억 달러 규모로 급성장할 것으로 내다보았으며, 진단 분야는 약 5억 달러를 상회할 것으로 전망하였습니다.

당사는 1999년 설립 후,2001년 '지근억 비피더스' 완제품을 시장에출시하였고, 2004년 3월에 건강기능식품으로서 비피더스균을비롯한 다양한 프로바이오틱스 균주 원말 및 이를 함유한 건강기능식품을 제조ㆍ판매하고 있습니다. 당사는자사 브랜드로 '지근억비피더스'와 '닥터지' 등을 운영하고 있고, 프로바이오틱스균주 연구개발 및 완제품 생산력을 바탕으로 국내외 회사에 원료 및 생산자 개발방식 (ODMㆍOriginal Design Manufacturing)의 제품을 제공하고 있습니다. 당사는 건강기능식품 우수제조기준(GMP) 시설에서 다양한 제품을제조할 수 있는 제조 인프라로 프로바이오틱스 제품을 생산, 판매하고 있으며, 마이크로바이옴 기반 기술인 BIFIDO-Express Platform을활용한 비피더스 발현 시스템 및 면역 테라피 마이크로바이옴 기술을 기반으로 새로운 기능성을 클레임하는 Gutcare와, 구강 건강과 피부 건강에 도움을 주는Oral care, Skin care, 그리고 각각의 카테고리와 연계된 분석 서비스를 신규 사업으로 집중 육성할 계획입니다.

당사는 마이크로바이옴 기반 기술인 BIFIDO-Express Platform을활용한 비피더스 발현 시스템 및 면역 테라피 마이크로바이옴 기술을 기반으로 새로운 기능성을 클레임하는 Gutcare와 구강 건강과 피부 건강에 도움을 주는 Oral care, Skin care, 그리고각각의 카테고리와 연계된 분석 서비스를 신규 사업으로서 운영하고자 합니다

1) Gut Care

당사는 류마티스 관절염, 과민성대장증후군, 아토피피부염의 세 가지 질환 및 증상에 대해 임상 및 (전)임상 단계에서 효능을 확인한 기술 및 소재를 보유하고 있습니다. 해당소재들은 모두 고시형 프로바이오틱스로서 정해진 섭취량 안에서 장 건강에 도움이 되면서 안전하게 섭취가 가능합니다.따라서 본격적인 치료제 개발 프로세스에 앞서 고시형 또는 개별인정형 건강기능식품으로 제품 출시가 가능합니다. 이에 당사는 효능이 확인된 균주들을 기반으로 한 건강기능식품을 출시한 후 마이크로바이옴분석기반을 통해 신규균주를발굴하고, 개별인정에 필요한 연구 및 제약 임상 진행을 위한 연구를 진행함과 동시에 시장에는 전략적으로제품을 단계별로 출시하여 판매를 확대할 계획입니다.

2) Oral Care

당사는 구강 마이크로바이옴에 관심을 갖고 Weissella cibariaCMU(OraCMU) (전남대학교 산학협력단 개발균주)을 이용한 구강 마이크로바이옴의 제품화(지근억 비피더스 덴티 후레쉬)에 성공하였습니다. 당사의 개발제품에 함유된 Weissella cibariaCMU(OraCMU)균주는 충치를 유발하는 치면 세균막지수를 대조군 대비 18.4%감소시켰고, 구취유발성분인 휘발성 황화합물을 대조군 대비 53.8% 감소시키는구강건강 증진 효능을 가지고 있습니다.

국내 시장에서 구강 마이크로바이옴 제품의 목표고객은 치과질환을 보유하고 있는 소비자입니다. 치아우식(충치), 치주질환, 구취등 대부분의 구강질환은 염증질환으로 유해균과 유해균의 효소작용에 의해 염증과 구취가 발생하는 것으로 알려져있습니다. 이에 구강 마이크로바이옴제품을 섭취하였을 경우, 구강생태계조성에 긍정적인 영향을 끼쳐 치과 질환예방 및 완화에 큰 효과를 볼 수 있습니다.

따라서 치과질환을 보유하고 있는 환자의 경우, 해당 질환에 대한 개선의지가 강해 구강 마이크로바이옴제품의 구매 니즈가 강할 것으로 예측하였습니다. 그리하여 목표고객을 치과질환을보유하고 있고, 구매력을 발휘 할 수 있는 30-59세 소비자로설정하였습니다. 현재 해당제품은 판매중이며, 2019년부터는치과질환을 보유한 환자를 대상으로 적극적인 마케팅을 계획 중입니다.

3) Skin Care

당사는 당사가 보유한 프로바이오틱스 균주들 중 피부의 생리활성에 긍정적인 영향을 미칠 수 있는 균주를 선별하여고압을 사용한 Bio-Cracking Technology로써 화장품 원료화 및 완제품을 생산하고 있습니다. Bio-Cracking Technology는 배양 완료된 프로바이오틱스 균을 농축하여 적절한 농도에서 별도의효소/촉매 등의 처리 없이 고압을 사용해 파쇄하는 기술입니다. 이를통해 프로바이오틱스 세포 내의 DNA, 세포벽 성분, 효소, 단백질 등의 다양한 함유 물질을 얻어낼 수 있습니다

또한, 최근 많은 민감성 피부 고객들이 무향 제품을 선호합니다. 때문에 상품성을 증대하기 위해서는 프로바이오틱스 화장품 원료 특유의 발효취를 제거해야 합니다. 이에 당사는 배양액 세척 공정 조건을 확립하였습니다. 당사는 협력사와함께 무향 제형을 개발하였으며, 각각 7%, 5%의 원료를사용한 크림과 세럼에서도 불쾌한 배지취가 없었습니다. 따라서 당사의 발효 용해물은 타사의 유사한 컨셉원료에 비해 화장품 제형 내 다량 사용하기 용이하다는 장점이 있습니다. 또한 당사의 화장품은 발효 용해물의사용량에 비례해 피부 장벽 강화 및 염증 반응 조절 효과를 기대할 수 있습니다.

당사는 피부에 직접 사용하는 스킨케어와 더불어 먹는 코스메틱 제품을 운영하여 당사가 타겟한 고객군이 본질적인피부 개선효과를 느낄 수 있게 할 것입니다. 당사는 이미 트러블 케어와 아토피/고보습 케어를 위한 먹는 솔루션을 보유하고 있습니다. 따라서 함께사용시 시너지 효과가 나타나는 제형을 설계하고 마케팅/영업시 '먹고바르는' 컨셉과 효과를 적극 소구하면 유의미한 고객 반응을 얻을 수 있을 것이라 기대됩니다.

당사의 Gut care 사업분야는 당사는 마이크로바이옴 기반 기술인 BIFIDO-Express Platform을 활용한 비피더스 발현 시스템 및 면역 테라피 마이크로바이옴 기술을기반으로 마이크로바이옴 관련 사업을 신사업으로 영위하고자 하며, 그 중 새로운 기능성을 클레임하는 Gut care와 구강 건강에 도움을 주는 Oral care, 피부건강에 도움을 주는 Skin care를 신규 사업으로서 영위하고자 합니다.

류마티스 관절염, 과민성대장증후군, 아토피피부염의세 가지 질환 및 증상에 대해 효능을 확인한 기술 및 소재를 기반으로 고시형 또는 개별인정형 건강기능식품으로 제품을 출시하는 사업입니다. Gut care 사업분야의 경쟁업체로는 국내에 일동바이오사이언스, 쎌바이오텍, 씨제이제일제당이 있으며, 해외에는 크리스천한센, 모리나가 등이 해당 제품의 상위 시장을 형성하고 있습니다.

당사의 Oral care 사업분야는 구강건강의 밸런스를 관리하는 예방법으로구강유산균 제품을 제조 및 판매하는 사업분야 입니다. 해당 분야는 오랫동안 소비자들에게 널리 알려져익숙한 장 유산균과 달리 아직 국내에서는 잘 알려지지 않은 신규시장입니다. 증권신고서 제출일 현재 국내시장에 진출한 회사로는 Biogaia(스웨덴)가 있습니다. 해외에는 4개국에서 구강유산균이 제품화 되어 판매되고 있고, 스웨덴의 Biogaia, 일본의 라이온, 미국 ProBiora Health, 뉴질랜드 BLIS Technologies가 있으며, 당사를 포함한 5개 회사 모두 신규시장을 형성하는 시장도입단계로 판단됩니다.

당사의 Skin care 시장은 완전 경쟁 시장이며 진입 장벽도 낮습니다. 따라서 당사 브랜드만의 차별화를 통해 독자적인 고객층을 구축해야 합니다. 당사의 Skin care 브랜드는 프로바이오틱스 기반의 뉴트리코스메틱 브랜드입니다. 당사스킨케어 제품에 사용되는 프로바이오틱스 원료는 당사의 특허 받은 균주를 이용해 자체적인 기술로 제조한 원료입니다.Skin care 시장은 완전 경쟁 시장이며, 브랜드 또한 매우 다양합니다. 프로바이오틱스 컨셉의 대표적인 회사 및 브랜드는 바이오일레븐의 바유와 쎌바이오텍의 락토클리어가 있고, 트러블 케어 대표적인 회사 및 브랜드는 동성제약의 AC케어와 LG생활건강의 케어존, 그리고 해외에 KOSE가 있습니다.

① 프로바이오틱스(파마바이오틱스) 발굴및 분석기술

동사는 NGS 기반의유전체 분석을 통한 마이크로바이옴 분석 뿐 아니라 조건에 맞는 선택배지를 이용한 난배양성 마이크로바이옴 배양 기술을 모두 보유하고 있습니다. 인체 마이크로바이옴 분석기술에서는 매우 복잡한 장내마이크로바이옴에서 비피도박테리움만을 선택적으로 분리할 수있는 기술과 투여한 균주를 타깃으로 선택적으로 정량분석할 수 있는 기술을 자체 확보하여 특허화 하였습니다.

② 마이크로바이옴 조절기술

동사는 장내 마이크로바이옴 조절 기술로 동사 고유의 프로바이오틱스에의한 기술과 3종의 동사가 신규로 합성한 프락토올리고당인 부티릴 프락토올리고당(Butyryl-fructooligosaccharides, B-FOS), 프로피오닐 프락토올리고당(Propionyl-fructooligosaccharides, P-FOS)과Fucosyl-gal을 보유하고 있습니다. 동사는 프로바이오틱스에 의한 마이크로마이옴 조절효과는 SCI 논문에 출간하였고 자체개발 올리고당의 제조법과 이를 통한 인체 장내 마이크로바이옴 조절기술은 특허 출원하였습니다.

③ 비피더스기반 유전자 발현 플랫폼 기술(BIFIDO-DDS)

비피도박테리움은 배양의 어려움과 매우 낮은 형질전환 효율때문에 유전자 수준의 연구를 하기 위한 기술에 대한 진입장벽이 매우 높은 편입니다. 동사는 비피도박테리움기반 발현시스템의 전체 구성요소를 자체적으로 제작하여 원천기술을 확보하였고 동사가 세계적으로 선도하고 있는 분야입니다. .

④ 생물전환 파마바이오틱스 개발 기술

동사는 기능성 천연소재로부터 배당체의 library와 이를 생물전환할 수 있는 파마바이오틱스 및 효소 library를구축하여 생물 전환을 위한 후보 물질 및 균주를 신속하게 선정할 수 있는 기술이 있습니다. Lab-스케일에서의연구를 통해 효율적으로 천연소재를 생물전환 할 수 있는 조건 탐색 후 nutrigenomics를 기반으로 biomarker를 탐색하고 In vitro 효능을 평가합니다. In vitro에서 충분한 효능이 검증되면 in vivo로 효능평가 영역을 확대하고 생산조건을 스케일 업 하여 신규 생물전환 파마바이오틱스를 상품화합니다.

⑤ 기능성(효능) 평가기술 및 ⑥ 안전성 평가 기술

동사는 생리활성 평가, 안전성평가 및 산업화 공정 적용성을 평가하는 기술에서는 자체 루틴을 매뉴얼화하여 효율적으로 균주를 평가 선발할 수 있는 시스템을 구축하였고 이를 통하여다양한 프로바이오틱스 균주를 확보하였습니다.

⑦ 원료제조기술

선발된 생리활성 비피도박테리움을 고농도로 배양하고 제품화하는기술은 산소에 극도로 민감한 비피도박테리움 균주의 산화적인 스트레스를 최소화하는 기술이 핵심인데 동사는Stress Free Culture Technology를 개발하여 원말제품 그람당 10^12CFU 이상을달성하여 전량 수입에 의존하던 비피더스균주를 국산화 하고 수출하는 성과를 이루었습니다.

⑧ 제품화기술

BIFIDO-Express Platform을 기반으로 인체유래 마이크로바이옴분석을 통하여 프로바이오틱스 제품, 프리바이오틱스 제품, 스킨케어제품, 오랄케어 제품 등을 One-stop으로 생산하고 있습니다. 자체확보하게 되는 동사 고유의 균주 원말을 이용하여 다양한 완제품을 완성하여 산업화 하였습니다. BIFIDO Express Platform을 기반으로 인체유래 마이크로바이옴 분석을 통하여 프로바이오틱스 제품, 프리바이오틱스 제품, 스킨케어 제품, 오랄케어 제품 등을 One-stop으로 생산하고 있습니다.