BIO ECONOMY BRIEF May Issue 9 마이크로바이옴, 유산균을넘어치료제로! 홍정은연구원 직장인 10명중 2명은불규칙한식습관과스트레스로 ' 과민성대장증후군 ' 1) 을앓고있다. 이증후군은, 장에이상이없는데도복통이나복부불편감및설사나변비를동반하며명

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나나 지
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1 ISSN Innovating Data into Strategy and Business BIO ECONOMY BRIEF May Issue 9 마이크로바이옴, 유산균을넘어치료제로!

2 BIO ECONOMY BRIEF May Issue 9 마이크로바이옴, 유산균을넘어치료제로! 홍정은연구원 직장인 10명중 2명은불규칙한식습관과스트레스로 ' 과민성대장증후군 ' 1) 을앓고있다. 이증후군은, 장에이상이없는데도복통이나복부불편감및설사나변비를동반하며명확한원인은밝혀지지않았지만, ' 스트레스, 잦은음주, 자극적인식습관, 자율신경계이상, 장내미생물이상등 ' 으로인한질환으로추측할수있다. 실제로 ' 장내세균 ' 즉장내미생물이과민성대장증후군을일으키는중요한역할을한다는연구들이진행되고있다. 2) 장내미생물이란무엇일까? 단어그대로, 장에사는미생물을일컫는다. 우리눈에는보이지않지만우리몸에살고있는미생물은약 100조개이상으로상당한규모이며, 무게로는약 1kg 2kg에달한다. 이러한미생물이군집을이루어살아가는것을 ' 공생미생물 ' 또는 ' 마이크로바이옴 ' 이라고부른다. 제 2의인간유전체라고도불리는공생미생물은피부, 눈, 입, 호흡기, 비뇨생식기등인체곳곳에다양하게분포하지만대부분이대장에몰려있다 ([ 그림1]). [ 그림 1] 장내미생물규모및기능 < 장내미생물 ( 마이크로바이옴 ) 규모 > < 균뷴류및기능 > 갯수 종류 무게 100 조이상 160 여종 1~2kg 유익균 - 질병예방 - 면역력향상 - 면역활성화 중간균 장내환경에따라우세한균에붙음 유해균 1) IBS, Irritable Bowel Syndrome 2) 2011 년이탈리아밀라노대학미생물학과포프 (Popp) 연구팀의임상시험을통하여, 과민성대장증후군환자들에게프로바이오틱스의한종류인비피도박테리움비피덤균주를투여한결과과민성대장증후군의따른증상이개선됐음을확인함. - 질병유발 - 노화의원인 - 면역력저하 - 피부트러블유발 출처 : 한국바이오경제연구센터 < 1 >

마이크로바이옴, 유산균을넘어치료제로! 장내마이크로바이옴역할과질병 장내에서또는장조직에붙어서공생하는마이크로바이옴은사람이섭취한음식과인체에서나오는대사산물등을먹고소화하는과정에서대사물질을생성하며, 이것은다른미생물들과의상호작용을통해인체의면역체계, 대사, 신경계, 뇌행동발달조절등다양한부분에작용하여인체건강에영향을끼친다 ([ 그림2],[ 그림3]).

3 마이크로바이옴, 유산균을넘어치료제로! 장내마이크로바이옴역할과질병 장내에서또는장조직에붙어서공생하는마이크로바이옴은사람이섭취한음식과인체에서나오는대사산물등을먹고소화하는과정에서대사물질을생성하며, 이것은다른미생물들과의상호작용을통해인체의면역체계, 대사, 신경계, 뇌행동발달조절등다양한부분에작용하여인체건강에영향을끼친다 ([ 그림2],[ 그림3]). [ 그림 2] 인간장내의주요미생물분포 [ 그림 3] 유익균과유해균의종류 장내주요박테리아그룹 ( 문 ): Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria, Verrucomicrobia 구역별지배적인박테리아그룹 ( 과 ): 소장 Lactobacillaceae, Enterobacteriaceae 대장 Bacteroidaceae, Prevotellaceae, Rikenellaceae, Lachnospiraceae, Ruminococcaceae 접힘구역 Lachnospiraceae, Ruminococcaceae 유익균 ( 프로바이오틱스 ) 유해균 비피도박테리아 (Bifidobacteria) 캠필로박터 (Campylobacter) 스트렙토코커스 ( Staphylococcus) 엔테로코커스 (Enterococcus) 소화물 충수 맹장 직장 Bacteroidaceae, Prevotellaceae, Rikenellaceae 락토바실러스 (Lactobacillus ) 클로스트리디움 (Clostridium) cfu g -1 박테리아수 102 cfu g -1 ph 항균제산소 출처 : BRIC View 동향리포트 (2016-T05 호 ) 출처 : 한국바이오경제연구센터 장내마이크로바이옴은질병과도깊은관련성이있다. 장내마이크로바이옴은사람마다종류가다르지만, 보통개개인마다의장내미생물분포는안정적인균형을유지하고있다. 하지만, 어떠한요인에서라도이균형이깨지면질병이발생된다. 마이크로바이옴의불균형은장내방어벽기능을약화시키고, 장관점막손상을유발하여장에존재하던병원균과독소, 항원등이혈류로유입되어면역체계를자극함으로써, 감염성질환이나자가면역질환등을초래한다 ( 표 1). < 2 >

4 Innovating Data into Strategy and Business [ 표 1] 치료제로의마이크로바이옴 ( 질환종류 ) Cancer 암 Obesity 비만 Type 2 Diabetes 제 2 형당뇨병 Ulcerative Colitis 궤양성대장염 Crohn's Disease 크론병 C.difficle Infection 클로스트리디움디피실장염 Lactose Intolerance 젖당불내증 Dental Caries 치아우식증 Recurrent Bacterial Vaginosis and UTI 세균성질염및요로감염증 Skin Disorders 피부질환 Hyperoxaluria 고수산뇨증 Celiac Disease 셀리약병 Urea Cycle Disorder 요소회로질환 Phenylketonuria 페닐케톤뇨증 Non-alcoholic Steatohepatitis 비알콜성지방간염 Hepatic Encephalopathy 간성뇌증 출처 : BCC Research (Human Microbiome ) 3), 한국바이오경제연구센터재구성 2006년미국워싱턴대학에서흥미로운연구 4) 가진행되었다. 무균의쥐 5) 에비만쥐와마른쥐의대변 ( 장내마이크로바이옴 ) 6) 을주입한결과, 비만쥐의대변을이식한쥐가마른쥐의대변을이식한쥐보다체중이 2배로늘어났다. 7) 이와비슷한변화가사람에게서도관찰되었으며 8) 많은연구가들이이때부터장내미생물이체내에서어떠한역할을하는지에대한관심이증가되었다. 3) BCC Research 에서는휴먼마이크롬바이옴을통한치료제 ( 신약 ) 를분석및질병종류를분류하였음. 4) 2006 년미국워싱턴대학, 미생물연구대가인제프리고든박사에의해실험이진행되었음. 국제의학학술지네이처 (NATURE) 에실림, ) 체내에어떠한미생물도살지않는상태의쥐. 6) 대변에는인체내의미생물중 99% 인장내미생물이섞여있음. 7) 실험결과, 비만쥐는정상쥐에비해 Bacteroidetes 의비율이작고 Firmictues 는높은비율로존재함. 8) 식이요법을통하여체중이감소되었을때, Bacteroidetes 가증가하는경향을보였음. 9) 식품사업, 생명공학사업을주력으로하는 CJ 그룹소속의계열회사. 10) 12 개월 13 세유아 / 어린이대상으로인체시 험에서면역과민반응에의한피부상태개선 에도움을줄수있다는효과를인정받음 ( 국 내최초식약처인증, 2013 년 12 월처음으로 제품화하였으며, 2015 년 3 월기준누적매출 200 억돌파함 ). 11) ID-RHT3201 은신생아의장에서유익한균주를분리해개발한유산균원료로, 아토피피부염치료와관련한특허를등록함. 12) (Next Generation Sequencing, NGS), 유전자정보전체를빠르게읽어낼수있는기술, 30 억쌍의염기로이뤄진인간유전제전체를분석하는시간이 15 년에서 3 일로, 비용은 30 억달러에서 1 천달러로줄었음. 한국 CJ제일제당 9) 은 2013년피부가려움을개선하는피부유산균 'CJLP133' 을개발하였다. 7년의연구개발끝에수백여개의김치에서분리한 3500개의유산균분석을통해 CJLP133을발견하였고, 한국인에게맞는차별화된기능성을입증하여국내최초식약처인증 10) 을받았다. 일동제약역시올해 4월소아임상시험에서프로바이오틱스 'ID-RHT3201' 11) 의아토피피부염개선효과를확인했다고밝혔으며, 후속개발을통해기능성제품및의약품등상업화할계획이다. 장건강에집중돼있던기존유산균시장에서기능성중심의유산균시장전환을위해노력하는것을알수있다. 이와같이, 지금은미생물이각종질환치료에서우수한효과를입증하고있는시점이라고할수있다. 그러나염증성장질환, 대장성크론병같은많은질환의기작은아직까지정확히밝혀지지않았으며, 사람마다장내마이크로바이옴이다른조성을갖는다는점이이러한질병들의원인을찾는데중요한단서가될것이라고추정된다. 해외 국내마이크로바이옴연구현황 차세대염기서열분석 (NGS) 기술 12) 의도입이후마이크로바이옴의연구는활발해졌다. 미국은버락오바마대통령이지난 5월임기마지막과학프로젝트로 ' 국가마이크로바이옴종합계획 (National Microbiome Initiative)' 이라는대형프로젝트를구성하여미생물과인간 가축 농작물등사이의관계에대한연구를시작하였다. 미국의시장조사기관인 BCC Research에따르면, 휴먼마이크롬바이옴의제약및진단시장은 2024년 $9.9bn( 약 10조원이상 ) 까지증가할것으로예상된다고나타났다 ([ 그림4]). 2012년이후에는유럽, 호주, 일본등의연구들이시작되었고, 세계각국에서는 ' 알레르기나비염, 아토피, 비만, 장염, 심장병등 ' 아주다양한연구주제로마이크로바이옴연구가진행되고있다. < 3 >

5 마이크로바이옴, 유산균을넘어치료제로! 존슨앤존슨 (Johnson&Johnson) 은 2015년얀센휴먼마이크로바이옴연구소 (Janssen Human Microbiome Institute, JHMI) 를설립하였고, 올해 2월이스라엘의와이즈만과학연구소 (Weizmann Institute of Science) 와대사장애에대한마이크로바이옴기반건강솔루션개발을추진하기시작하여연구개발제휴및투자계약체결을위하여활발히진행하고있다. 13) 앨러간 (Allergan) 은올해 1월어셈블리바이오사이언스 (Assembly biosciences) 14) 와연구개발및라이센스계약을체결하여궤양성대장염과크론병을타깃으로치료제개발에힘쓰고있다. 로슈, 화이자등다국적제약사들이마이크로바이옴연구에적극적으로투자하고있으며, 머지않아마이크로바이옴으로질병을치료하는시대가올것으로예상된다. 우리나라역시 2011년부터국제인간마이크로바이옴컨소시엄 (IHMC) 15) 등국제연구에동참하며공생미생물에대한연구에힘쓰고있다. 작년 12월일동제약 16) 은프로바이오틱스디스커버리플랫폼을소유한천랩 17) 과 MOU를체결하였고, 지난달마이크로바이옴신약공동연구소 (ICM) 을출범하여마이크로바이옴기반의신약및프로바이오틱스제품을공동개발하고있다. 지놈앤컴퍼니 18) 는마이크로바이옴을이용하여국내최초로면역항암제신약을개발하는회사이며, 올해동물실험을마무리하고내년에는임상시험에착수할예정이다. 배지수지놈앤컨퍼니대표에따르면, 마이크로바이옴도줄기세포처럼하나의산업군으로자리매김할가능성이클것으로예상된다. 19) 최근, 국내바이오기업 3곳 ( 코엔바이오, 바이오뱅크힐링, 엠디헬스케어 ) ICT 기업 1곳 ( 씽크풀 ) 은공동으로마이크로바이옴사업을추진한다고한다. 4개기업이공동으로추진하는사업은김치, 청국장등우리나라발효식품에서나온미생물을이용한탈모치료이다. 김치에서나온유산균은혈관내지방을분해하여, 혈액순환을개선한다. 혈류가개선되면서두피의혈액순환이원활해진다는점에서탈모치료효과를예상할수있다. [ 그림 4] 휴먼마이크로바이옴의제약및진단시장규모 ( 단위 : $ Millions) 10,000 Drugs Diagnostics ) 출처 : 의학신문, <J&J, 마이크로바이옴관련제휴및투자 >, ) 마이크로바이옴을이용한초기임상단계 (clinical-stage) 치료제개발회사 15) 2007 년전세계과학자들이구성하였음. (International Human Microbiome Consortium, IHMC), 한국은 2011 년 5 월 8 번째회원국으로가입함. 16) 1940 년대부터유산균연구를시작하여우리 나라프로바이오틱스분야의선구기업으로 70 년간축적된지식과기술을보유하여 3 천 여종의방대한균주데이터를보유함. 17) BT/IT 융합 Bioinformatics( 바이오인포메틱스, 생명정보 ) 기술기반으로마이크로바이옴분석을활용한일반인대상마이크로바이옴모니터링사업을추진하고있는마이크로바이옴전문바이오벤처기업. 18) 마이크로바이옴식품, 신약, 제약연구하는바이오벤처기업, 2015 년에설립함. 19) 출처 : 전자신문, < 휴먼마이크로바이옴연구개화, 국산신약개발허브로육성절실 >, ,000 8,000 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1, , , , , 출처 : BCC Research (Human Microbiome ) < 4 >

6 Innovating Data into Strategy and Business 마이크로바이옴으로 ' 개인별맞춤질병치료 ' 가능 20) 국제학술지사이언티픽리포트 (Scientific reports, Stability of Gut Enterotypes in Korean Monozygotic Twins and Their Association with Biomarkers and Diet) 에실림, 사람마다마이크로바이옴조성을다르게갖고있다는점은, 흥미로운점이며치료제개발에있어새롭게접목할수있는부분이다. 서울대학교고광수교수팀은미국연구진과함께인종별쌍둥이를대상으로, 장내마이크로바이옴을분석하여한국인의장내미생물군집은서양인과다르다는것을확인하였다. 20) 따라서마이크로바이옴연구는개별인종또는유사집단에적합한혁신적치료제개발에유용하게쓰일수있을것으로생각된다. 중국은 2008년부터유럽, 일본과함께마이크로바이옴연구공동프로젝트를진행하고있으며, 일본역시우리나라보다앞서서연구를진행하고있다. 한국이아시아인대상의미생물연구의주도권을놓치지않기위해서는한국의발달된 ICT 기술 산업과융합하여개개인맞춤형미생물유전자분석서비스개발이필요하고, 마이크로바이옴사업은세균, 미생물에대한새로운패러다임을가져올뿐만아니라, 마이크로바이옴정보를활용한 ' 개인별맞춤질병치료 ' 가가능한새로운차세대바이오 제약산업분야로부상할수있기를기대한다. < 5 >

7 May Issue 9 저자소개 홍정은 한국바이오협회한국바이오경제연구센터연구원 전화 : hjebio@koreabio.org BIO ECONOMY BRIEF 발 행 2017 년 5 월 발행인 유승준 발행처 한국바이오협회한국바이오경제연구센터 경기도성남시분당구대왕판교로 700 ( 삼평동, 코리아바이오파크 ) C 동 1 층

8 ISSN

쎌바이오텍 ( KQ) 마이크로바이옴과함께다시돌아오다 Company Note 쎌바이오텍은 듀오락 브랜드를통해국내프로바이오틱스시장성장을 누린주요업체. 최근프로바이오틱스시장경쟁심화로매출성장률둔 화되었으나마이크로바이옴시장에서새로운성장동력을찾을

쎌바이오텍 ( KQ) 마이크로바이옴과함께다시돌아오다 Company Note 쎌바이오텍은 듀오락 브랜드를통해국내프로바이오틱스시장성장을 누린주요업체. 최근프로바이오틱스시장경쟁심화로매출성장률둔 화되었으나마이크로바이옴시장에서새로운성장동력을찾을 (049960.KQ) 마이크로바이옴과함께다시돌아오다 Company Note 2018. 12. 11 은 듀오락 브랜드를통해국내프로바이오틱스시장성장을 누린주요업체. 최근프로바이오틱스시장경쟁심화로매출성장률둔 화되었으나마이크로바이옴시장에서새로운성장동력을찾을전망 프로바이오틱스매출액 1 위기업으로원말을자체배양, 가공 은 2012~ 2015 년프로바이오틱스시장의고성장을온전히향유한국내시장점유율