유전체 정밀 분석의 모든 것 : Α에서 Ω   유전체 정밀분석 대중화와 관련 연구 동향을 알아보기 위해 본지와 유전체 정보 분석 전문기업 ‘지니너스’(주)가 공동으로 기획 기사를 마련, 연재한다.   ‘지니너스’(Gene-in-us)는 ‘우리 안의 유전자’를 분석해 개인의 유전체 특성에 따라 최적의 건강 및 질병 관리를 할 수 있는 다양한 솔루션을 제공한다는 목표 아래, 삼성서울병원에서 뛰쳐나와 지난 2018년 설립됐다. 삼성유전체연구소를 책임지고 있는 박웅양 소장의 이야기다.   유전체 정보 분석의 모든 것을 쉽게 알 수 있도록 기획된 이번 연재는 두 달에 1번씩, 올 해 총 6회에 걸쳐 연재 예정이다. 글 싣는 순서는 아래와 같다.   불과 3년의 짧은 업력에도 불구하고 지니너스(www.kr-geninus.com)는 삼성유전체연구소의 축적된 핵심 기술을 그대로 이전 받아, 경쟁력만큼은 이미 세계적 수준이라는 평가다.   지니너스의 핵심 기술 분야는 ▲Cancer genomics(암 유전체 분석) ▲Liquid Biopsy(액상 생검) ▲Genome Wide Association Study(전장유전체 연관분석) ▲Single Cell(단일세포 분석), Microbiome(미생물 군집분석) 등이다.   현재 지니너스가 개발, 서비스 중인 검사로는 △건강인 대상 질병 예측 유전자 검사(HealthSCAN) △정밀의료 구현을 위한 암 유전체분석 토탈 솔루션(CancerSCAN) △비침습적 암 유전체 분석을 위한 액상생검(LiquidSCAN) △DCT 유전자 검사(InsideMe) △장내미생물 검사(WithMe) 등이 있다. CancerSCAN의 경우 지난 5년간 8,000명 이상의 환자를 대상으로 연구, 그 효용성을 입증 받았다.   보나 나은 발전을 위해 삼성유전체연구소는 물론이거니와 하버드대학교(美), 캠브리지대학교(英), 이와태대학교(日) 등의 연구기관과도 밀접하게 협력하고 있다. 글로벌 진출을 위한 노력도 한창이다.    - 아래 - 01_ 나에게 맞는 다이어트 방법(HealthSCAN 체중관리) 02_ 나에게 맞는 약물복용(HealthSCAN 약물반응성) 03_ 나에게 맞는 항암치료법1(CancerSCAN) 04_ 나에게 맞는 항암치료법2(LiquidSCAN) 05_ 내 세포에 맞는 표적 치료법(SingleCell)  06_ 내 몸속 미생물 분석을 통한 건강관리(Microbiome)

 

마이크로바이옴이란 ‘마이크로바이오타(microbiota)’와 ‘게놈(genome)’의 합성어로 우리가 살아가고 있는 환경에 존재하는 모든 미생물들의 총합을 의미하며 인체의 거의 모든 부위에 존재하고 있다. 실제로 마이크로바이옴의 수는 인체내 순수 세포수보다 두 배 이상 많고 유전자 수는 100배 이상 많아 ’제2의 게놈(Second Genome)’이라고도 불린다.

 

2006년 제프리 고든박사(Jeffrey I. Gordon)가 네이처(Nature)지에 발표한 ‘An Obesity-Associated Gut Microbiome with Increased Capacity for Energy Harvest’의 연구결과에 따르면 쥐의 장내 마이크로바이옴 패턴이 비만 여부에 영향을 줄 수 있다는 것을 확인했다. 이는 마이크로바이옴이 인간의 건강과 밀접한 연관이 있을 수 있음을 대중에게 알리는 계기가 됐다. 또한 고든 박사는 이를 바탕으로 그 연구범위를 확대하여 서로 다른 신체유형을 가지고 있는 여자 쌍둥이의 분변을 무균 쥐에 주입하여 그 결과를 관찰하였다.

 

그 결과, 비만인 사람으로부터 분변을 주입 받은 쥐가 그렇지 않은 쥐보다 빠른 속도로 비만이 되는 것을 확인하였고, 이 연구결과는 ‘Gut Microbiota from Twins Discordant for Obesity Modulate Metabolism in Mice’ 라는 제목으로 2013년 사이언스(Science)지에 발표되었다. 이후, 마이크로바이옴이 실제 인체에 미치는 영향에 대한 연구가 발전하면서 식품개발에서부터 신약개발에 이르기까지 빠른 속도로 적용 분야가 확장되기 시작하였다. 2014년 세계경제포럼에서 10대 유망 미래 기술 중 하나로 선정된 마이크로바이옴은 이제 우리 일상 깊숙이 자리잡았다. 

 

마이크로바이옴 연구 동향 

 

1995년에 최초로 박테리아 게놈 염기서열이 밝혀지기 시작하면서 마이크로바이옴 관련 유전체 분석 시장은 점진적으로 발전해왔다. 30억 쌍의 인간의 유전체 분석에도 십여년간 천문학적인 금액이 소요되었으나 차세대 염기서열 분석기법(NGS, Next Generation Sequencing)이 등장하면서 시간과 비용이 단축된 것처럼 미생물 군집의 DNA 염기서열 분석기술 또한 고도화되었다. 그 결과 짧게는 1주일이면 원하는 결과 분석까지 받아 볼 수 있게 되었고, 분석결과를 활용한 연구는 다양한 산업군에서 활발히 진행되고 있는 상황이다. 

 

미국의 경우, 미국국립보건원(NIH, National Institutes of Health)을 중심으로 2007년부터 10년간 10억달러 이상의 연구비를 투자하여 인간 마이크로바이옴 프로젝트(HMP, Human Microbiome Project)를 운영해왔다. 본 프로젝트는 크게 두개의 섹터로 나누어져 진행되었으며, HMP1의 경우, 신체의 5가지 주요 부위(Nasal, Oral, Skin, gastro-intestinal, urogenital)에서 16S rRNA 시퀀싱 데이터를 생산, 수집 및 분석을 2008년부터 5년간 진행했다. 본 프로젝트를 통해 다양한 신체 부위에 존재하는 미생물군의 구조와 균주들의 유전체 서열을 분석하여 모든 유전체 시퀀싱 데이터가 포털(https://portal.hmpdacc.org/)에 공개되었고, 이 데이터를 활용한 연구가 네이처(Nature)지에 발표된 것만 9건에 이른다.  

 

HMP1에 이어 두번째 프로젝트인 iHMP (Integrative Human Microbiome Project)의 경우, HMP1에서 구축한 데이터를 기반으로 3가지의 코호트 스터디 (출산과 조산, 염증성 장질환, 2형 당뇨병)를 통해 다양한 멀티오믹스(Multi-omics) 데이터들과의 통합적 분석이 가능하게 되었다.  이를 통해 마이크로바이옴과 주요 질병과의 상관관계를 규명하는 연구도 활발히 이루어졌다.  

 

국내에서도 EU주도의 국제인간마이크로바이옴 컨소시엄(IHMC, International Human Microbiome Consortium)에 참여하고 있으며, 정부 주도하에 마이크로바이옴을 미래유망기술로 선정하고 여러 연구가 활발히 진행되고 있는 상황이다.  

 

마이크로바이옴이 이토록 주목을 받는 건 학계만이 아니다. 그 활용범위가 1차산업부터 고도화된 헬스케어 사업까지 전 산업군에 적용이 가능하기 때문이다.  

농업에선 토양분석 및 식물 면역체계, 품종개량 등에 적용할 수 있고, 식음료 시장의 발효식품부터 건강기능식품, 더 나아가 화장품까지 가능하다. 또한 헬스케

어의 경우, 진단 및 약물개발까지 그 적용범위가 확대되어 관련 제약산업군까지 급속도로 성장하고 있는 추세이다.  

유전체 진단회사와 식품업계의 협업을 통한 건강 관리 플랫폼의 진화  

 

마이크로바이옴 기반 신약개발과 같은 고도화된 사업은 당장의 상업적인 성과를 기대하기는 어려운 사업 영역이다. 하지만, 장내 미생물 분석과 비만관리 수준의 장내미생물 유전체 분석결과는 이제는 집에서도 누구나 쉽게 받아볼 수 있는 시대가 되었다.  

 

지니너스주식회사 경우, 풀무원 잇슬림(eat slim)과 손잡고 장내 미생물 분석 서비스를 통해 개인 맞춤형 식습관 프로그램을 제공하고 있다. 본 서비스의 경우, 집으로 배달되는 키트에 채변 샘플을 담아 회사로 보내면 장내 미생물 구성 분석 결과, 질환 예측, 개인 맞춤형 권장 식품까지 결과를 받아 볼 수 있다. 이를 통해 개인의 유전자 특성에 맞춰 적절한 영양소를 골라 섭취함으로 삶의 질(Quality of Life)은 높이고, 개인이 인지하지 못하고 있는 질환의 위험요소를 미리 예방할 수 있는 맞춤형 건강관리 시대가 도래했다.

  

앞으로도 마이크로바이옴과 관련된 건강관련 상품 및 서비스들은 지속적으로 증가할 것으로 예상되며, 더 나아가 마이크로바이옴 빅데이터를 활용한 맞춤 영양제 및 관련 화장품과 같은 미용 상품들도 지속적으로 출시될 것으로 보인다.

마이크로바이옴 산업, 앞으로 어떻게 성장할까?

  

2018년 캠브리지 대학 강의에서 빌 게이츠는 마이크로바이옴 연구의 발전은 기아 문제의 핵심 해결책이 될 수도 있다고 발언한 바 있다. 이처럼 우리 몸에 존재하고 있는 미생물의 존재 자체가 인류가 당면한 사회적 문제 해결과도 밀접하게 연관되어 있음을 알 수 있다.  또한 고령화 사회에 접어들면서 직면하게 되는 신체 노화 및 정신건강이 마이크로바이옴과 연관되어 있다는 연구가 발표되면서 지속적으로 다양한 사업군에서의 제품 개발이 확대될 것으로 전망되고 있다.

 

특히, 현재 웰니스 제품 시장에서 대부분을 차지하고 있는 프로바이오틱스(probiotics)와 프리바이오틱스(prebiotics) 시장은 피부질환 및 감염질환의 치료제 개발로 그 영역이 지속적으로 확대될 것으로 전망된다. 한국의 마이크로바이옴 관련 기업들은 연구개발 및 기술의 수준 측면에서 글로벌 경쟁력이 있어, 앞으로의 귀추가 주목된다.