비피더스 PRI1균에 의한 면역 조절 기작 모식도
기초과학연구원(IBS, 원장 김두철)은 면역 미생물 공생 연구단 임신혁 교수(포스텍 생명과학과/융합생명공학부)연구팀이 새로운 면역 치료제인 미생물 신약의 후보로 프로바이오틱스(Probiotics)를 제안했다고 밝혔다.
프로바이오틱스는 섭취해 장에 도달했을 때 장내 환경에 유익한 작용을 하는 균주를 말하는 것으로 기능성 식품의 주 원료로 사용되고 있으며 프로바이오틱스 시장과 산업은 매년 크게 성장하는 것은 물론 관련 연구들도 활발히 이뤄지고 있다.
이번 연구로 단순한 건강식품의 범주에 포함되던 프로바이오틱스가 다양한 염증성 질환이나 알레르기 질환의 치료제로 개발될지 기대를 모은다.
인체의 모든 질환은 불균형한 면역반응에서 기인하는데 최근 장내 균총의 다양성과 균형이 건강한 면역의 지표가 되면서 미생물을 활용한 신약이 새로운 치료법으로 각광받고 있다.
이에 이로운 장내 균총 형성에 도움을 준다고 알려진 프로바이오틱스의 효능과 기능도 큰 주목을 받고 있지만 어느 미생물이 어떤 질환에 효과가 있는지 체내에서 어떻게 작동하는지 등은 규명되지 않은 난제로 남아 있다.
프로바이오틱스 연구 분야를 선도하는 임신혁 교수 연구진은 모유 수유를 한 어린 아이들이 아토피 피부염 등 면역 과민 질환에 덜 걸린다는 사실에서 이로운 프로바이오틱스와 면역 질환 치료제의 연결고리를 찾았다.
연구진은 장내 이로운 균총을 만드는 프로바이오틱스 중 면역을 제어할 수 있는 균만 골라낼 수 있는 분석 시스템을 개발하고 프로바이오틱스를 투여했을 때 일어날 수 있는 장내 환경을 모사하는 시스템을 연구에 활용했다.
이를 통해 면역반응을 원하는 방향으로 재설계할 수 있는 비피더스 PRI1균을 발견하는데 성공했다.
연구팀은 먼저 면역 지표물질을 발현하는 생쥐에서 장 유래 면역 세포들을 분리해 후보 균들을 뽑아 1차 군을 만들고 그 가운데 면역반응을 조절하는 T세포 면역조절의 분화와 증식을 유도할 수 있는 특정 균들만 뽑아 2차 군을 구성했다.
이렇게 만들어진 후보 미생물들은 모두 200여 종으로 연구진은 어린아이 분변에서 가장 많이 발견되는 비피더스균 PRI1만을 선택적으로 분리해 연구에 돌입했다.
이후 비피더스균 PRI1만의 면역반응을 살펴보기위해 체내에 세균이 전혀 존재하지 않는 무균 생쥐로 실험을 진행했다.
비피더스 PRI1균에 의해 면역 세포의 분화와 발달이 조절되는지 분석한 결과 비피더스 PRI1균이 소장 및 대장에서 면역조절 T세포인 Foxp3의 분화와 증식을 유도한다는 사실을 확인했다.
비피더스 PRI1균의 치료 효과도 검증했는데 비퍼더스 PR11균을 투여한 실험쥐는 대조군에 비해 3주 만에 소장과 대장에서 면역을 조절하는 면역억제 T세포가 크게 증식하고 장 표면의 염증이 줄어들었다.
더 나아가 연구진은 이탈리아 나폴리대학 연구팀과 함께 비피더스 PRI1균의 세포 표면 다당체(CSGG)가 면역을 활성화시키는 물질임을 증명하고 화학구조를 밝히는데 성공했다.
이번 연구는 프로바이오틱스가 꼭 살아있어야만 효능이 있을 거라 여겨졌던 기존의 상식을 완전히 뒤집었다는데 큰 의의가 있다.
특정 프로바이오틱스만이 유익한 활성을 지니는 이유에 대해 과학적 근거를 제시했다는 측면에서도 매우 주목할 만하다.
또한 면역 활성 물질의 화학적 구조와 작용기작을 규명해 미생물을 이용한 마이크로바이옴 치료제(pharmabiotics) 개발에 획기적인 기여를 할 것으로 기대된다.
임신혁 교수는 "이번 연구는 기초과학연구원(IBS)의 전폭적인 연구비와 연구 인프라 지원이 있었기에 가능한 성과"라며 "연구단을 정리해야 하는 상황 속에서 IBS 연구팀의 인적 자원과 무균/무항원 연구 인프라 유지 방안을 강구해야 하며 향후 면역학 인프라 손실을 최소화할 수 있는 노력이 절실하다"고 강조했다.
이번 연구성과는 사이언스 이뮤놀로지(Science Immunology, 2016년 창간)에 10월 20일 토요일 새벽 3시(한국시간)에 온라인 공개된다.
사이언스 이뮤놀로지는 이번 연구성과를 주목할 만한 논문으로 선정했으며 11월 중에는 전세계 전문가들과 미생물을 신약으로 개발할 가능성에 대한 공개 토론을 페이스북으로 생중계한다고 밝혔다.