인체 마이크로바이옴 연구개발 동향

<a style="color: #1a0dab; background-color: #ffffff;" href="https://www.khidi.or.kr/fileDownload?titleId=160818&fileId=1&fileDownType=C&paramMenuId=MENU01435" target="_top" class="ke-link">인체 마이크로바이옴 연구개발 동향 - 한국보건산업진흥원</a>인체 마이크로바이옴 연구개발 동향곽민정, 김지현 연세대학교 시스템생물학과 jfk1@yonsei.ac.kr 1. 인체 마이크로바이옴의 개념2. 주요 인체 마이크로바이옴 연구 프로젝트3. 인체 마이크로바이옴 연구 동향4. 인체 마이크로바이옴 연구 결과의 활용 인체마이크로바이옴은인간의몸안팎에서식하고있는미생물들과유전정보전체를말하는 것으로,우리몸에는매우많은미생물이서식하고있고건강과질병에미치는영향도매우커 서‘두 번째 유전체’라고도 불린다. HMP와MetaHIT과같은대형국제프로젝트들과전세계수많은연구팀들의연구결과로부터인체미생물이여러종류의인간질병에영향을미칠수있다는것이밝혀졌다.특히최근에는 기존에많이알려진염증성장질환,아토피피부염과같은염증성질환과비만이나당뇨병과같 은대사성질환외에도감염성질환,호흡기질환,면역질환,희귀질환,정신질환,암등다양 한질환에뿐만아니라인간의노화에도영향을미칠수있다는연구결과들이보고되고있다.그래서iHMP와같은대규모국제프로젝트외에도캐나다와중국에서는자국민들의인체마이 크로바이옴프로젝트인‘캐나다인인체마이크로바이옴이니셔티브’나‘중국인인체마이크로바 이옴 프로젝트’를 추진하고 있고, 미국 또한 오바마 정권 마지막 국가 과학 프로젝트로 ‘국가 마이크로바이옴 이니셔티브’를 지정하였다.이렇듯현재전세계적으로인체마이크로바이옴의중요성에대해인지하고막대한자금과인 력을투입하여대규모프로젝트를진행하고있다.이에우리나라도이러한세계적추세에발맞 추어고유한유전형질과독특한식습관을가짐으로써다른나라사람들과는구분되는장내마 이크로바이옴을가지고있는한국인의인체마이크로바이옴프로젝트를위한전략적접근이필 요하다. 2 | KHIDI 전문가 리포트 | 2017-3 1. 인체 마이크로바이옴의 개념 마이크로바이옴(Microbiome)은특정 환경에 존재하고 있는 미생물들과 이들의 유전정보 전체를 말하는 것으로,단일 생명체의 유전정보 전체를 뜻하는 게놈(Genome)들의 집합체를 뜻한다.따라서 인체 마이크로바이옴(Human Microbiome)은 인간 몸체 안팎에 서식하고 있 는 미생물들과그들의 유전정보 전체를 말한다. 인간은 출생부터 죽음에 이르기까지 미생물과는 떼려야 뗄 수 없는 관계로인체 곳곳에 존 재하는 미생물의 수는 인간 세포의 2배 이상, 그리고 미생물들의 유전자 총합은인간 유전자 개수의 100배 이상으로 알려져 있다.인체 마이크로바이옴은 신체 다양한 부위에 따라서 해 당 부위에 서식하는 미생물들의 종류가 달라지고,그에 따라 서로 다른 특성을 가지게 된다.▼ 신체 다양한 부위의 피부에 존재하는 미생물 군집 구조의 차이(출처 : 미국국립보건원(National Institutes of Health) 주관 인체 마이크로바이옴 프로젝트자료)이러한 인체 마이크로바이옴은 그 구성에 따라 인간 건강에 지대한 영향을 미치기도 한다.인체에 서식하는 대부분의 미생물은 인간에게 어떤 해도 끼치지 않으면서 존재하는공생균 (Commensal microorganism)으로써 이들 중 일부는 인간 세포가 만들 수 없는 대사 물질을 생성하거나병원균의 생장을 억제하는 등 인간에게 이로운 효과를 나타내는 유익균 인체 마이크로바이옴 연구개발 동향 | 3 (Beneficial microorganism)이다. 하지만 특정 신체 부위에서는 일반 공생균으로서 존재하지 만다른 신체 부위 혹은 컨디션 등 환경 조건에 따라서는 병원성을 나타내는 유해균 (Pathobiont)도 존재한다.인체 여러 부위 중에서 장(腸)내에는 가장 많은 숫자의 미생물들이 높은 다양성을 가지고 서식하고 있다.그래서 경우에 따라서는 장내 마이크로바이옴(Intestinal microbiome)을 인체 마이크로바이옴이라고 하기도 하며,그 수와 다양성이 매우 커서 인간의 세컨드 게놈(Second genome)이라고 하기도 한다.이러한 장내 마이크로바이옴은 장 질환뿐만 아니라 아토피와 같 은 피부 질환, 비만이나 당뇨병고 같은 대사 질환,그리고 최근에는 우울증 등의 정신 질환과 노화 등 다양한 질병과 인간 건강에 큰 영향을 미친다고 보고되고 있다.이러한 인체 마이크로바이옴에 대한 중요성은 수 십 년 전부터 알려져 왔으며,그 중요성이 점점 커져 약 10년 전부터는 여러 나라가 국제 컨소시엄을 형성하여 대형 국제 프로젝트들을 형성하였고,대규모 인력과 자금이 투입되어 인체 마이크로바이옴에 관해 연구를 수행하였다.그래서 인체 마이크로바이옴과 관련된 국제 프로젝트들의 연구 내용과 국내외 연구 동향에 대해 자세히 살펴보고,인체 마이크로바이옴 연구 결과의 활용 방안에 대해 살펴보고자 한다. 4 | KHIDI 전문가 리포트 | 2017-3 2. 주요 인체 마이크로바이옴 연구 프로젝트 대표적인 인체 마이크로바이옴국제 프로젝트는 미국 국립보건원(National Institutes of Health, NIH)에서 주관한 인체 마이크로바이옴 프로젝트(Human Microbiome Project, HMP) 와 유럽 국가들을 중심으로 조직된 국제 컨소시엄에서 주관한인간 장내 메타게놈 (Metagenomics of the Human Intestinal Tract, MetaHIT) 프로젝트를 들 수 있다.▼ 대표적인 인체 마이크로바이옴 대형 국제 프로젝트 (출처 : HMP(www.hmpdacc.org), MetaHIT(www.metahit.eu) 홈페이지) HMP는 2008년에 시작되어 총 2,000억 원 이상의 연구비가 투입되었으며인체 마이크로바 이옴 연구를 위해 다음과 같은 목표들을 세웠다.첫 번째는 인체 다양한 곳의 마이크로바이옴 구조와 인체 서식 미생물들의 유전체 서열을 밝혀인체 마이크로바이옴의 참조 유전체 (Reference genome) 데이터베이스를 구축하는 것이다.두 번째는 마이크로바이옴 연구를 위 한 기술과 분석 방법을 개발 후 공개하여 전 세계 연구자들이 보다쉽게 마이크로바이옴 연구 를 할 수 있도록 지원하는 것이다.그리고 세 번째는 질병과 인체 마이크로바이옴 변화 간의 연관성을 밝히는 것이다.그리고 이를 통해 인체 마이크로바이옴과 인간 질병 및 건강 간의 상관관계를 밝히는 것이 HMP의 궁극적인 목표이다.HMP는 300명이상의 성인 남녀의 구강, 비강, 피부, 위장관, 비뇨관 등 신체 곳곳으로부터 11,000개 이상의 샘플을 수집하여신체 부위에 따른 미생물 군집 구조 분석을 수행하였다.또한 신체 곳곳에서 분리한 1,300개 이상의 균주들(Strains)의 유전체 서열을 결정하여 인체 마이크로바이옴의 참조유전체 서열 데이터베이스를 구축하였으며 이것은 현재도 계속 진행 중에 있다.또한 인체 부위에 따른 미생물 군집 구조 분석을 위해 생산된 리보좀 소단위체를 인체 마이크로바이옴 연구개발 동향 | 5 구성하는 RNA(ssuRNA)의 시퀀싱(Sequencing) 데이터(Metagenomic 16s sequences),특 정 신체 부위의 마이크로바이옴의 서열 데이터(Metagenomic shotgun sequence),그리고 참 조 유전체 구축을 위해 생산한 균주 별 유전체 시퀀싱 데이터를 관련 메타데이터(Metadata) 들과 함께“HMPDACC Data Browser”를 통해 공개하여 다른 연구자들이 자유롭게 사용할 수 있게 해놓았다.▼ HMPDACC Data Browser (출처 : HMP(www.hmpdacc.org) 홈페이지) HMP는 여러 편의 논문들을 통해연구 내용을 보고 하였고, 2012년에 Nature지에 대표 논 문 2편을 보고하면서 1단계를 마무리하였다.HMP 1단계의 대표 논문 2편 중 첫 번째 논문은 건강한 사람의 인체 곳곳의 미생물 군집 구조와 기능적다양성을 분석한 논문이고, 두 번째 논문은 마이크로바이옴 데이터 분석을 위한 분석프레임워크(Framework)에 관한 논문이다.이러한 HMP는 2013년부터 1단계에 구축한 인체 마이크로바이옴 군집 구조 및 참조 유전체 데이터들을 기반으로 하여다양한 멀티오믹스(Multi-omics)데이터들과 통합적으로 분석하 는 것을 주요 과제로 하여2단계 HMP로 iHMP(Intergrative HMP)를 시작하였다.이를 위해 6 | KHIDI 전문가 리포트 | 2017-3 일정 기간 동안 규칙적으로 샘플을 수집하여Longitudinal dataset을 만들고 전사체 (Transcriptome), 단백체(Proteome), 대사체(Metabolome) 등 다양한오믹스 데이터들을 생 산하였다. iHMP에서 주요 대상으로 삼은 연구 주제는 임신과 조산, 염증성 장질환,그리고 2형 당뇨 병이다. iHMP는 임신과 조산, 그리고 마이크로바이옴간의 상관관계 연구를 위해2,000명가 량의 여성과 그들의 신생아로부터 16S rRNA 분석을 통한 미생물 군집 구조,Whole Metagenome Shotgun Sequencing을 통한 기능 유전자, 박테리아의 유전체 서열 결정, 전사 체, 대사체,면역 단백체의 6가지 오믹스 데이터를 일정 기간 동안 규칙적인 시간 간격으로 수집하여 통합적으로 분석을 수행하고 있다.염증성 장질환과 마이크로바이옴의 상관관계 연구는 정상인과 대표적인 두 염증성장질환인크론병과 궤양성대장염 환자의 장내 마이크로바이옴을 분석하여 염증성장질환의 진단과 치료 에 연구 결과를활용하는 것을 목표로 하고 있다.2형 당뇨병과 마이크로바이옴의 상관관계 연구는 병의 시작과 진행에 마이크로바이옴이 어떻게관여되어 있는지 밝히기 위해 다양한 오믹스 데이터를 통합적으로 분석하고,특히 바이러스 감염과 다른 스트레스들이 병 발생과 진행에 어떻게 영향을 미치는지 밝히고자 하고 있다.이렇듯 HMP의 2단계인 iHMP는 1단계 에 구축한 마이크로바이옴 분석 기법과 마이크로바이옴 데이터베이스를기반으로 하여 주요 질환과 마이크로바이옴의 상관관계를 다양한 멀티오믹스(Multi-omics)데이터들을통합적으 로 분석하여 인체 마이크로바이옴과 건강 사이의 상관관계를 밝히는 것을 목표로 하고 있다.두 번째 인체 마이크로바이옴과 관련된 대표 국제 프로젝트인 MetaHIT은 2008년부터 2012년까지 진행된프로젝트로 8개국(네덜란드, 독일, 덴마크, 이탈리아, 영국, 스페인, 중국, 프랑스)에서 13개의 팀이 참여하여250 억 원 이상의 연구비가 투입되었다. MetaHIT은 장내 마이크로바이옴에 초점을 맞춰 건강한 사람과 질병이 걸린 사람의 장내 마이크로바이옴을 비 교 분석하여마이크로바이옴과 인간 건강 간의 연관성을 밝히는 것을 목표로 하였고,특히 장 내 마이크로바이옴이 염증성 장질환과 비만에 어떻게 영향을 미치는지를 밝히고자 하였다.MetaHIT은 장내 마이크로바이옴과 인간 건강과의 연관성을 밝히는 최종 목표를 달성하기 위한 연구를 진행하면서다음과 같은 성과들을 만들어냈다. MetaHIT은 장내 마이크로바이옴 을 구성하는 미생물 유전자들의 레퍼런스 카탈로그(Reference catalog)를 만들어 발표하였을 뿐만 아니라,레퍼런스 카탈로그에 존재하는 유전자의 비율이 개인별로 얼마나 차이가 나는지 를 분석하는 방법을 개발하였다.또한 이를 이용하여 건강한 사람과 질병에 걸린 사람의 장내 마이크로바이옴을 구성하는 유전자 구성에어떤 차이가 나는지를 보고 하였다.또한 박테리아 유전자의 기능과 질병과의 상관관계를 분석하고,대용량 마이크로바이옴 데이터를 통합 관리 하는 생물정보학 도구(Bioinformatics tool)를 개발하여 공개하였다.인체 마이크로바이옴 연구개발 동향 | 7 MetaHIT은 위의 목표들을 달성하기 위해 124명의 대변 샘플로부터 540 기가(Giga) 이상 의 염기서열 데이터를 생산하였다.이로부터 MetaHIT은 개인의 장내에 있는 마이크로바이옴 을 구성하는 서로 다른 유전자의 수가330만 개 이상이라고 보고하였다.그리고 이중 85%는 124명 모두에서 존재하고 있고 이러한 분석 결과로부터 장내에는 최소 1,000 종(Species) 이상의박테리아가 존재하고 있다고 추론하였다.그리고 이러한 수는 장내를 제외한 인체 다 른 부위에 존재하는 미생물의 유전자 총합보다 훨씬 많은 수라고 한다.그렇기 때문에 장내 마이크로바이옴을 우리의 두 번째 게놈(Second genome) 혹은 우리의 다른게놈(Our other genome)이라고 표현하였다.그리고 이러한 연구 결과는 HMP의 연구 결과와 같은 시기인 2012년도에 Nature 지에 보고되었으며현재까지 다른 논문들에 4,000번 이상 인용되었다.▼ MetaHIT 프로젝트 요약 (출처 : MetaHIT(www.metahit.eu) 홈페이지) 이렇듯 인체 마이크로바이옴연구의 대표적인 대형 국제 프로젝트인 HMP와 MetaHIT은 모두 최종적으로 마이크로바이옴이인간 건강에 어떻게 영향을 미치는지 밝히고자 하였다.이 를 위해 막대한 연구비가 투입되었고 그 성과로 인체 곳곳의 마이크로바이옴 구조에 대한 데 8 | KHIDI 전문가 리포트 | 2017-3 이터와 미생물이 가장 많이 존재하는 장내 마이크로바이옴의레퍼런스 유전자 카탈로그를 얻 을 수 있었다.또한 인체에 서식하고 있는 수많은 미생물들의 참조유전체 데이터베이스 구축 을 위해1,000 종이상의 미생물 유전체 서열을 결정하였을 뿐만 아니라,건강한 사람과 질병 에 걸린 사람의 마이크로바이옴이 어떻게 다른지에 대한 정보도 제공하였다.또한 이러한 연 구 결과만큼 두 프로젝트에서 중요시 한 것은 프로젝트를 통해 획득한 마이크로바이옴서열 데이터를 공개하여 다른 연구자들도 이용할 수 있게 하는 것과 대용량 염기서열 데이터인마 이크로바이옴 데이터를 더 정확하고 효율적으로 분석하기 위한 다양한 생물정보학 도구들을 개발하고공개하여 다른 연구자들이 쉽게 사용할 수 있도록 하였다는 것이다.이러한 대형 국제 프로젝트를 시작으로 하여 현재 국내외 수많은 연구팀들이 인체 마이크로 바이옴과건강에 관련된 다양한 연구를 수행하고 있다.인체 마이크로바이옴 연구개발 동향 | 9 3. 인체 마이크로바이옴 연구 동향 앞서 소개한 인체 마이크로바이옴 연구의 대표적인 대형국제 프로젝트들의 목적에서 볼 수 있듯이 인체 마이크로바이옴 연구의 궁극적인 목표는 인간의건강과 인체 마이크로바이옴 간의 연관성을 밝히는 것이다.그리고 더 나아가 그 결과를 질병 치료 및 인간의 건강 증진에 활용하는 것이다.이를 위해 국내외 수많은 연구팀들이 다양한 질병과 인체 마이크로바이옴, 특히 장내 마이크로바이옴과의상관관계를 밝히려는 연구들을 진행하고 있다.초창기 인체 마이크로바이옴 연구는 HMP에서와 같이 정상인의 신체 다양한 부위의 미생물 군집을조사하는 마이크로바이오타(Microbiota) 연구가 활발히 진행되었다.러던 중 2005 년 PNAS에 유전적으로 비만 마우스와 정상 마우스의 장내 미생물 군집을 비교하였을 때비 만인 마우스의 장내에는 퍼미큐트(Firmicutes)에 해당하는 박테리아에 비율이 확연히 높아지 고박테로이데츠(Bacteroidetes)에 해당하는 박테리아의 비율이 낮아지는 등 확연한 차이가 날뿐만 아니라이들의 대사에 장내 마이크로바이옴이 영향을 미칠 수 있다는 연구 결과가 발 표되었다.이를 계기로 장내 마이크로바이옴이 인간의 질병에 어떻게 영향을 미치는지 알아보 려는 연구들이 활발히 진행되었다.특히, 염증성 질환과 장내 마이크로바이옴간의 상관성을 밝히는데 가장 많은 연구가 집중되 었고이는 현재까지도 가장 활발히 연구가 되고 있는 분야이다.그 중에서도 위장관계의 염증 성 질환 중 하나인 염증성 장질환(Inflammatory Bowel Disease, IBD)은HMP와 MetaHIT에 서 질병과 장내 마이크로바이옴과의 연관성을 분석하기 위한 질병 모델로 선택되었다.크론병(Crohn's disease)과 궤양성대장염(Ulcerative colitis)으로 대표되는 염증성장질환 은 발병 요인이개인의 유전적 타입이나 면역 시스템의 문제 혹은 식습관 등의 환경적 요인이 나 장내 마이크로바이옴의 변화 등으로매우 다양한 요소에 의해 발병할 수 있지만 아직 그 발병 기작이 명확히 밝혀지지 않았다.하지만 발병의 대부분이 유럽과 북아메리카 등 서구 사 회이고, 발병에 관여하는 인간 유전자 요소도서양인들의 유전체 분석을 통해 보고되었다.하 지만 최근 서양인과는 전혀 다른 유전자 타입을 가진 우리나라를 포함한 동남아시아 지역에서 도그 발병 빈도가 증가하고 있는 것으로 보아 인간의 유전적 타입보다 서구화된 식습관과 그에 영향을 많이 받는장내 마이크로바이옴이 발병 요인으로 함께 주목을 받고 있다.초기 연구는 정상인과 환자의 대변 샘플에서 추출한 메타게놈 DNA로부터 16S rRNA의 서열을 증폭 및시퀀싱하여 미생물 군집을 비교하는 마이크로바이오타 연구가 주를 이루었다.하지만 대용량 염기서열 결정 기술의 발달로 마이크로바이옴 전체를 시퀀싱할 수 있게 됨으 로써미생물 군집 구조뿐만 아니라 유전자 구성까지 분석하는 마이크로바이옴 연구로 그 연구 10 | KHIDI 전문가 리포트 | 2017-3 패러다임이 전환되었다. 이를 통해 장내 박테리아뿐만 아니라곰팡이 등 진핵 미생물과 바이 러스의 영향까지도 함께 분석할 수 있게 되었고,장내 마이크로바이옴에 의한 정상인과 환자 의 장내 대사가 어떻게 다른지도 분석할 수 있게 되었다.기존까지 많은 연구가 장내 마이크로바이옴을 연구하기 위해 대변 샘플로부터 메타게놈을 추출하여 분석을 수행하였다.하지만 최근에는 대변 샘플을 이용해 분석한 미생물 군집과 실 제 조직 샘플을 이용해 분석한 미생물 군집에차이가 난다는 것이 밝혀지면서 실제 조직으로 부터 메타게놈을 추출하여 분석하는 연구가 증가하고 있다.하지만 정상인의 조직 샘플 획득 의 어려움, 낮은 메타게놈 추출 효율과 인간 DNA의 오염 문제 등으로 인해아직도 많은 연구 가 대변 샘플을 이용해 수행되고 있다.현재 마이크로바이옴 연구는 또 다시 새로운 패러다임을 맞이하여 기존의 미생물 군집과 마이크로바이옴 분석 외에전사체, 단백체, 대사체 등 다양한 오믹스 데이터들과 샘플 제공자 의 유전 타입 및 각종 의료 데이터와 같은메타 데이터들을 통합적으로 분석하여 결과를 도출 하는 방식으로 연구 패러다임이 변화하고 있다.▼ 염증성장질환과 장내 마이크로바이옴 연구를 위한 다양한 분석의 종류(출처 :Gastroenterology 2014;146:14891499. Figure 2) 인체 마이크로바이옴 연구개발 동향 | 11 이러한 연구들을 통해 장내 마이크로바이옴과 염증성 장질환과의 상관관계를 밝히는 연구 는 정상인과환자간의 장내 마이크로바이옴에 어떤 차이가 나고, 병환의 정도 및 약제 처리 유무에 따라 어떤 차이가 나는지 등다양한 연구 결과와 특정 박테리아가 공생 유해균으로써 작용할 수 있다는 연구 결과까지 보고되었다.장내 마이크로바이옴과 염증성 질환간의 상관성을 밝히는 연구는 염증성 장질환 외에 아토 피피부염(Atopic dermatitis)과 같은 염증성 피부 질환에서도 활발히 연구가 진행되었다.장 내에는 가장 많은 수의 면역 세포들이 존재하고 있다. 따라서 장내 마이크로바이옴의 차이가 인간의 면역 시스템에도 영향을 미치고 이것이 장 건강과는 상관없을 것 같이여겨지는 피부 질환으로까지 나타날 수 있다는 것이다.실제로 건강한 사람과 아토피 질환을 앓고 있는 사람 의 장내 마이크로바이옴을 비교 분석한 연구 결과는 현재그 차이를 이용해 아토피 피부염 증상을 완화시키는 치료제 개발에 활용되고 있다.특히, 건강한 사람의 장내나 김치 등의 발효 식품으로부터 분리한 유용균(Beneficial microorganism)을프로바이오틱스(Probiotics)로써 섭취하였을 때 아토피 피부염의 증상이 완화된다는 보고도 있을 뿐만 아니라이는 이미 제품 으로도 판매가 되고 있다.염증성 질환과 함께 초기 장내 마이크로바이옴 연구의 주요 타겟이 된 질환은 비만과 당뇨병과 같은대사 질환으로 장내 마이크로바이옴에 의한 대사가 장내 전 체 대사에 영향을 미치고 이것이 개인의특성 대사 활동에 영향을 줄 수 있다는 것이다.특히, 이러한 대사 질환은 유전적으로 조작한 질병 마우스 모델과 무균(Germ-free) 마우스를 이용 하여특정 질병에 대한 장내 마이크로바이옴의 영향을 입증하기도 하였다.이렇게 장내 마이크로바이옴이 인간 건강과 연관이 있다는 것이 밝혀지면서 염증성 질환과 대사 질환 외에감염성 질환, 호흡기 질환, 면역 질환, 희귀 질환, 암 등 점점 더 다양한 질병과 장내 마이크로바이옴간의 연관성을 찾기 위한 연구가 진행되었다.그 중 특히, 최근에는 세계 적인 암 연구 기관인 구스타브 루시 연구소((Institut Gustave Roussy)에서장내 공생 미생물 이 효과적인 항암 활동과 관련된 면역반응을 촉진한다는 연구 결과를 발표함으로써장내 미생 물을 암 치료에 활용하다는 온코마이크로바이오틱스(Oncomicrobiotics)가 주목받고 있다.또한 최근에는 장내 마이크로바이옴이 우울증이나 거식증과 같은 정신 질환에도 영향을 미 친다는 연구 결과가보고되고 있다. 장에는 뇌 다음으로 많은 수의 신경 세포가 존재하고 있어 제2의 뇌라고도 불린다.따라서 장내 마이크로바이옴의 종류 및 그들의 대사 활동의 결과물이 신경 세포에도 영향을 미칠 수 있고이것이 인간의 정신 건강 및 질환에도 영향을 미칠 수 있다는 것이다.이뿐만 아니라, 이렇게 다양한 질병에 영향을 미치는 장내 마이크로바이옴은 우리 몸을 구성하는 일부분으로써그들의 구성 및 대사가 질병 외에 인간의 노화에도 영향을 미칠 수 있다는 연구 내용들 또한 보고되고 있다. 12 | KHIDI 전문가 리포트 | 2017-3 이렇게 장내 마이크로바이옴이 다양한 인체 질병에 영향을 미치고인간 건강에 중요한 역할 을 한다는 것이 점차 밝혀지면서 건강한 장내 마이크로바이옴을 갖기 위해장내 마이크로바이 옴의 형성에 큰 영향을 미치는 식습관의 중요성과 섭취 음식의 종류에 따른마이크로바이옴의 변화 등에 대한 연구도 많은 연구팀들이 관심을 갖는 주제이다.이러한 마이크로바이옴 연구의 중요성은 2000년대 초반 대용량 염기서열 결정 기술 (Massive parallel squencing)의발달로 인해 가능하게 되었고, 2016년에 발간된 미국 마이크 로바이옴 연구 평가 보고서에 따르면전체 마이크로바이옴 연구의 37% 가량이 인체 마이크 로바이옴이고 그 중 50% 이상이장내 마이크로바이옴인 것을 알 수 있다.▼ 환경 별 마이크로바이옴 연구 비율(출처 : Nature Microbiology 2016;1:17. Figure 1) 이렇게 인체 마이크로바이옴에 대한 중요성과그 무궁무진한 가능성이 대두되고 있던 중 2000년 중반 인체 마이크로바이옴과 관련된 정보를 공유하고토론하기 위한 국제인체마이크 로바이옴 컨소시엄(International Human Microbiome Consortium, IHMC)이 조직되었다.그 리고 인체 마이크로바이옴 연구의 중요성은 또한 최근 임기가 종료된 미국 오바마 행정부의 마지막 국가 과학프로젝트로 인체 및 생태계 다양한 곳에 존재하는 마이크로바이옴의 중요성 인체 마이크로바이옴 연구개발 동향 | 13 에 대해 일깨우고 그에 대한 국가적 차원에서의 연구를 진행하고자 하는 ‘국가 마이크로바이 옴 이니셔티브(National Microbiome Initiative, NMI)가 지정된 것으로도 확인할 수 있다.▼ 국가 마이크로바이옴 이니셔티브 (출처 :백악관 홈페이지) 인체 마이크로바이옴, 특히 장내 마이크로바이옴에 대한관심과 중요성은 출판되는 논문의 수로도 확인할 수 있다.수십 년 전부터 마이크로바이옴 연구는 미생물 군집, 메타게놈 등의 용어를 사용하여 수 천편 이상의 논문들이 발표되었다.그러다가 미생물 군집 구조를 뜻하는 마이크로바이오타와 특정 환경의 미생물 유전체 전체를 뜻하는마이크로바이옴이라는 용어가 확립되었고,이후를 인체 마이크로바이옴이나 장내 마이크로바이옴이라는 용어를 사용한 논 문들의 수만 살펴보더라도매년 그 수가 꾸준히 늘어나고 있음을 알 수 있다.▼ 제목과 초록에 Human microbiome 또는 Gut microbiome을 사용한 논문 수 (출처 : NCBI PubMed 검색, 연세대학교 재가공)이렇게 발표된 수많은 논문으로도 확인 가능한 인체 마이크로바이옴 연구의 중요성은 점점 증가하고 있는마이크로바이옴 분야의 연구 과제의 수와 예산으로도 확인 가능하다.미국은 국가 마이크로바이옴 이니셔티브를 통해 마이크로바이옴 연구에만 앞으로 2년간 약 1,400억 14 | KHIDI 전문가 리포트 | 2017-3 원의 예산을 투입하기로 하였다.캐나다도 2009년부터 수행하고 있는 캐나다인 인체 마이크 로바이옴 이니셔티브(Canadian Microbiome Initiative, CMI)을통해 총 150억 원 이상의 연 구비를 투입하였다. 그리고 중국 또한 MetaHIT 프로젝트 참여를 통해 얻은 경험과 기술을 토대로 중국인의 인체 마이크로바이옴프로젝트(Chinese Microbiome Project, C-HMP)의 추진을 계획하고 있다.우리나라도 이러한 연구 트렌트에 발맞추어 농림축산식품부에서 추진하는 다부처 유전체사 업인미생물유전체전략연구사업(Strategic initiative for microbiomes in agriculture and food)과 더불어미래창조과학부와 산업자원부에서 추진하는 다부처 유전체사업을 통해 마이 크로바이옴 데이터를 쉽고효과적으로 분석할 수 있는 분석 파이프라인을 포함하여 다양한 미생물 오믹스 데이터를 분석할 수 있는생물정보 파이프라인을 개발 및 서비스하는 프로젝트 가 진행되고 있고,부처공동연구사업의 일환으로 숙주-미생물 상호작용(Host-microbe interaction)에 대한 연구가 추진되고 있다.2016년 7월 국내 최고의 과학기술인들의 모임인 한국과학기술한림원은 마이크로바이옴을 주제로 하여원탁 토론회를 개최함으로써 마이크로 바이옴의 세계적인 연구 현황과 육성 방안에 대해 논의한 바 있고,이러한 연구 관심에 부응하 여 2017년에는 마침내 인체 마이크로바이옴 관련 연구에 약 50억 원의국가 연구비가 투입될 예정이다.인체 마이크로바이옴 연구개발 동향 | 15 4. 인체 마이크로바이옴 연구 결과의 활용 인체 마이크로바이옴과건강 사이의 연관성을 밝히려는 수많은 연구에도 불구하고 마이크 로바이옴의 다양성과 복잡성으로 인해명확한 인과관계를 밝히기가 쉽지 않다.그럼에도 불구 하고 특정 질병에 한해서는 질병을 유발하거나 발전시키는 단일 미생물 후보가 선별되기도 하고특정 미생물을 처리하였을 때 질병의 증상이 완화되기도 하는 연구 결과를 얻기도 하였 다.이러한 연구 결과들은 실제로 다양한 방법으로 질병의 예방 및 치료를 위해 다양한 방법으 로 사용되고 있다.인체 마이크로바이옴을 이용한 질병 치료 및 건강 증진의 가장 대표적인 예로는 프로바이오 틱스를 들 수 있다.프로바이오틱스는 일정량 이상을 섭취하였을 때 인체에 이로운 효과를 나 타내는 미생물을 말하며건강한 사람의 장내나 발효 식품 등에서 분리한 유용균들이 실제로 전 세계에서 프로바이오틱스 제품으로써 사용되고 있다.프로바이오틱스의 가장 기본적인 기 능은 유용 미생물을 섭취함으로써 장내 마이크로바이옴 환경을 건강한상태로 유지해주는 것 이지만 일부 프로바이오틱스 제품들은 비만, 아토피, 탈모 등 특정 질환의 증상을 완화시켜 준다고알려져 있다.또한 최근에는 프로바이오틱스로 사용되는 균주가 특정 질병에 대한 치 료 물질을 유전적으로 생산하게 함으로써질병 치료에 좀 더 적극적으로 사용될 수 있게 하려 는 시도도 이루어지고 있다.그리고 이와 함께 개인의 장내 마이크로바이옴을 사전에 조사한 후 어떤 미생물을 섭취하였을 때 더이로운 효과가 나타날 것인지를 분석하여 개인별 맞춤 프로바이오틱스를 개발하려는 시도 또한 이루어지고 있다.▼ 국내에서 판매 중인 여러 종류의 프로바이오틱스 제품 (출처 : 여성조선기사내용) 16 | KHIDI 전문가 리포트 | 2017-3 현재 각광받고 있는 또 다른 인체 마이크로바이옴을 이용한 질병 치료 방법은분변 미생 물군 이식(Fecal microbiota transplantation)이다. 이는 건강한 사람의 분변을 섭취 또는 내 시경,관장 등의 방법으로 이식받음으로써 건강한 사람의 장내 마이크로바이옴을 장내에 받아 들이는 것으로,수 백 년 전 마이크로바이옴의 존재에 대해 알지 못한 시절부터 민간요법으로 써 사용되어온 방법이기도 하다.이는 장내 마이크로바이옴의 중요성과 분변 미생물군 이식의 효과가 여러 연구에서 입증됨으로써 최근염증성 장질환, 감염성 질환 등 특정 질환들에서 각 광받고 있는 치료 방법이다.특히, 클로스트리디움 디피실 감염(Clostridium Difficile Infection, CDI)의 경우 건강한 사람의 분변 미생물군 이식을 하였을 때질병의 완화 및 치료 율이 90%으로 매우 효과적인 치료법으로 각광 받고 있다.이러한 분변 미생물군 이식은 재단 (The fecal transplant foundation) 설립을 통해 분변 미생물군 이식에 대한인식 개선 및 확 산, 그리고 건강한 분변 제공자 모집 등의 활동을 하고 있다.▼ 분변 미생물군 이식 모식도 (출처 : DiabetesCenter 홈페이지) 인류 건강과 인체 마이크로바이옴 간의 연관성은오랜 기간 동안 수많은 연구 결과들을 통 해 입증되어 왔다.그리고 현재는 이러한 인체 마이크로바이옴을 어떻게 건강 증진 및 질병 치료에 활용할 것인지에 대해고민하고 있는 단계이다.따라서 우리나라도 이러한 세계적인 연구 흐름에 발맞추어 인체 마이크로바이옴 연구에 좀 더 적극적으로관심을 가져야 할 것이 다.또한 우리나라는 단일 민족으로서 다른 나라 사람들과 구분되는 단일 유전형질을 가지고다른 나라들과 구분되는 독특한 식습관을 가졌다. 따라서 한국인 인체 마이크로바이옴을 연구 하려는 노력 또한기울여야 할 것으로 여겨진다.