16S rRNA 서열 30만개 확인… 의학적 활용 가능성에 투자 봇물
2010년 발족… 43개국 160개 연구소서 500여명 연구원 프로젝트 참가
기존 데이터베이스와 90% 불일치 확인… 미생물 유전지도 완성 기대감
화이자 등 다국적제약사 연구 착수… 시장규모 2025년 9억달러 달할듯


마이크로바이옴은 '미생물'(Microbe)과 '생물군계'(Biome)의 합성어로 미생물 생태계를 뜻하는 연구 분야입니다. 최근 체내 미생물이 알레르기나 대사·면역질환, 뇌질환 등 다양한 질병에 영향을 미친다는 사실이 규명되면서 마이크로바이옴은 '제2의 장기' 또는 '제2의 게놈'으로 불리며 큰 주목을 받고 있습니다.

최근 43개국 160개 연구소, 500명 이상의 연구원이 참가한 국제협력 컨소시엄 '지구 마이크로바이옴 프로젝트'는 약 30만 종의 미생물에 개별 바코드를 부여하고 이를 데이터베이스로 만들었다고 국제 학술지 네이처에 발표했습니다. 2010년 시작된 이 프로젝트는 우리가 살아가고 있는 지구 상의 다양한 마이크로바이옴 규명에 목표를 둔 대규모 국제협력 컨소시엄으로, 이번 연구는 다양한 서식환경에 따른 인체 및 환경에 존재하는 마이크로바이옴 정보와 약 2만7751개의 시료를 확보해 전례 없는 대규모로 진행됐습니다.

◇표준화된 실험기법으로 30만 미생물 식별=그동안 마이크로바이옴은 연구자마다 다양한 연구방법과 분석법을 사용해 연구 간 비교가 어렵다는 한계가 있었습니다.

이를 극복하기 위해 롭 나이트 미국 샌디에이고 캘리포나아대학 교수와 잭 길버트 시카고대 교수 등은 실험기법을 표준화해 연구를 진행할 연구진을 모았으며, 이런 노력으로 2010년 지구 마이크로바이옴 프로젝트를 발족했습니다. 국내에선 신학동 세종대학교 교수가 유일하게 프로젝트에 참여하고 있습니다.

프로젝트에 참여한 연구진은 박테리아, 고세균에 특이적인 유전자 지표인 '16S rRNA' 염기서열 분석으로 다양한 환경과 지리, 화학적 특성에 따른 미생물의 다양성을 분석하고 있습니다.

16S rRNA는 염기서열이 미생물마다 달라 다양한 종류의 미생물을 식별할 수 있는 일종의 바코드 역할을 하는 유전자입니다. 모든 연구는 미생물이 들어있는 시료를 보관하는 조건부터 동일하게 진행하고, 다양한 환경에서 수집한 시료는 분석 전까지 모두 영하 80도에서 보관합니다. 여기서 염기서열을 읽어내는 실험과 정리 방법 역시 표준화했습니다.

이 같은 연구결과 약 30만 개의 고유한 미생물 16S rRNA 서열을 확인했으며, 이 중 90% 정도가 기존 데이터베이스와 정확히 일치하지 않는다는 사실이 발견됐습니다.

이번 프로젝트를 주관한 길버트 교수는 "알려진 모든 박테리아 염기서열의 절반 정도가 재검토 됐으며, 이 정보를 통해 지구의 미생물 분포 패턴이 드러나고 있다"고 밝혔습니다. 연구진은 이번 연구로 제작된 데이터베이스는 응용 가능성이 매우 높을 뿐만 아니라 미생물군이나 미생물의 종류와 상대적인 양을 알면 미생물 유래 환경을 90% 이상 식별이 가능하다고 발표했습니다. 이번 지구 마이크로바이옴 프로젝트는 표준화된 실험기법을 적용해 지구 곳곳에 서식하는 미생물에 대한 최초의 참고 데이터베이스를 생성했다는 것에 의의가 있습니다.

◇선진국·제약사 마이크로바이옴 연구 투자 확대=인체 마이크로바이옴과 질병과의 연관성이 속속 밝혀지면서 미국 등 주요국을 비롯해 화이자, 존슨앤드존슨 등 다국적 제약사들의 투자가 활발해지고 있습니다. 인체 마이크로바이옴의 중요성이 인식되기 시작하자 2008년 미국과 유럽을 중심으로 대형 국제 프로젝트가 시작됐으며, 현재 국내외 많은 연구팀들이 인체 마이크로바이옴과 질병에 관련한 다양한 연구를 수행하고 있습니다. 미국 국립보건원(NIH) 주관으로 시작된 '인체 마이크로바이옴 프로젝트'와 유럽 국가들을 중심으로 구성된 국제 컨소시움 '인간 장내 메타게놈 프로젝트' 등이 대표적입니다. 캐나다는 2009년부터 '캐나다인 마이크로바이옴 이니셔티브'를 추진했고, 중국 역시 마이크로바이옴 프로젝트 추진을 계획하는 등 각 국의 관심이 고조되고 있습니다. 특히 미국 오바마 정부는 임기 마지막 과학 프로젝트로 2016년 '국가 마이크로바이옴 이니셔티브' 추진을 발표해 주목을 받았습니다. 이 사업을 통해 미국은 다양한 생태계 내에 존재하는 미생물군을 대상으로 '미생물 유전지도'를 완성하고 미생물의 활동과 인체에 미치는 영향을 연구할 계획입니다.

다국적 제약사들은 인간과 공존하는 각종 미생물들 간의 상호작용을 의학적으로 활용할 수 있는 가능성에 주목하며 대규모 투자를 시작했습니다. 화이자는 2014년 바이오기업 '세컨드지놈'과 대사장애환자와 대조군으로 구성된 약 900명을 대상으로 마이크로바이옴 연구에 착수했고, 존슨앤드존슨은 2015년 '얀센 휴먼 마이크로바이옴 연구소'를 설립했습니다. 마이크로바이옴 관련 연구는 질병 예측과 치료제 및 건강기능식품 개발로 이어져 관련 산업이 빠르게 성장할 전망입니다. 시장조사기관에 따르면 세계 인간 마이크로바이옴 시장은 2022년 5억달러 규모에서 연평균 21.1% 성장해 2025년 9억달러에 달할 전망입니다.

남도영기자 namdo0@dt.co.kr

도움말=생명공학정책연구센터
  [출처] http://www.dt.co.kr/contents.html?article_no=2017121402101876788001