코로나 펜데믹이 2021년에도 지속되고 있는 가운데, 많은 전문가들은 코로나와 함께하는 삶이 앞으로 지속될 것이라는 뉴노멀을 예상함에 따라 전염병과 질병을 이겨낼 수 있는 면역력에 대한 관심도 높아지면서, 최근 인체와 마이크로바이옴(Microbiome) 사이의 연관성을 밝히려는 연구가 더욱 활발하게 진행되고 있다.

 

특히 코로나19가 사라지기도 전에 영국發 변이 바이러스가 출현하면서 이 같은 post- Covid19 시대의 등장을 뒷받침하고 있는 가운데, 최근 면역력과 관련이 깊은 장내 미생물(Microbiome)의 중요성이 더욱 부각되고 있음

 

아울러 포스트 코로나 시대에 바이오산업이 미래 성장동력으로 주목받고 있는 가운데, 면역력과 직접적인 연관성이 있는 마이크로바이옴 기술에 세계적인 관심이 집중되면서 첨단기술을 이용한 마이크로바이옴 치료제 개발이 활발하게 진행되고 있음

 

또한 전세계인의 새로운 화두가 되고 있는 장내 마이크로바이옴의 불균형(Dysbiosis)은 여러가지 질병에 대한 위험성 증가와 상관관계가 높기 때문에 장내 미생물 상태에 따라 코로나19가 우리 몸에 미치는 영향이 달라질 수 있다는 분석이 나오면서 균형 잡힌 장내 미생물의 중요성이 더욱 부각되고 있음

 

특히 전세계 수많은 연구팀들의 연구결과로부터 인체 미생물이 여러 종류의 인간 질병에 영향을 미칠 수 있다는 사실이 밝혀지고, 인간 질병의 90% 이상이 장내 마이크로바이옴과 연관이 있는 것으로 알려지면서 체내에서 가장 큰 면역기관인 장 면역이 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)을 낮추거나 악화하는 요인일 수 있다는 의견이 제시되고 있음

 

아울러 마이크로바이옴은 사람마다 보유하고 있는 양상이 다른 상황에서 최근 유전체, 대사체 분석 및 AI 접근방법 결합 등의 기술이 발전함에 따라 인간의 미생물 군집(microbiome)에 대한 새로운 연구결과, 인간의 장, 피부, 입 및 질의 미생물군집에서 그동안 알려지지 않는 수백만 개의 새로운 유전자가 발견됨으로써 그동안 우리가 파악할 수 없었던 인체와 질병의 상관관계를 포착할 수 있을 것으로 기대하고 있음

 

[그림 1] 휴먼 마이크로바이옴 프로젝트

출처: 미국 국립보건원(NIH)

 

인간을 포함한 모든 생물은 유전정보 즉 게놈(genome)을 가지고 있으며, 인간은 게놈을 통해 피부부터 뼛속까지 신체의 모든 기관을 구성하고 서로를 구별할 수 있는 특징을 갖는데, 마이크로바이옴(Microbiome)은 인간의 몸속에 사는 미생물의 유전정보 전체를 일컫는 기술로 게놈처럼 인간마다 다른 특징을 나타내고 있어 ‘제2의 게놈’이라 불리며 미래의학의 기대주로 급부상하고 있다.

 

1990년대 획기적인 기술로 손꼽혔던 인간게놈프로젝트(Human Genome Project)는 미국의 NIH(National Institute of Health)의 연구시설을 중심으로 이루어져, 인간이 가진 모든 유전자 염기서열을 밝힘으로써 2000년에 99%의 유전자 지도를 완성하여 1차 발표함

 

또 나머지 미완성 부분은 2003년까지 완성하여 인간 질병의 난제들을 상당부분 해결할 것으로 기대를 모았지만, 인간게놈은 초파리와 비슷한 2만 개 정도의 유전자에 불과해 인체의 복잡한 생명 현상을 설명하는 데에는 한계가 있었으나, 이를 통해 인간이 얼마나 많은 유전정보를 가지고 있는지 알게 됨

 

이에 많은 과학자들은 인체에 더불어 공존하는 미생물과 그들의 유전자에 대한 연구의 필요성을 깨닫고, 우리의 몸속에 공존하는 1,000종 이상의 상재균과 이들이 가지고 있는 2~4백만 개의 유전자 그리고 인체와 미생물의 상호작용을 파악함으로써 인체의 건강과 질병을 이해하고, 인간의 건강과 발달에 중요한 역할을 수행하는 인체 미생물상의 유전자 목록을 작성하는 ‘세컨드 게놈 프로젝트(second buman genome project)’가 시작됨

 

또한 최근에는 일본 연구팀이 게놈편집으로 불리는 유전자 조작기술을 이용, ‘인간 인터페론β(human interferon β)’이 30~60mg 함유돼 암과 간염 치료약에 사용되는 유용한 단백질을 함유한 달걀을 낳는 닭을 만드는데 성공하면서 마이크로바이옴은 현대의학 난제인 항생제 내성을 해결하는 열쇠로 주목받고 있음

 

특히 우리 몸이 항생제에 내성이 생기면서 미생물 숙주방어체계를 활성화해 병원성 세균을 억제, 병원균에 대항하는 미생물을 투여하자는 논의가 심도 있게 진행되고 있는 가운데, 장내 미생물이 체내 여러 기관과의 연관성은 물론 장내 미생물-질환과의 연결고리가 속속 드러나면서 휴먼 마이크로바이옴에 대한 관심이 급증하고 있음

 

마이크로바이옴(MicroBiome)은 마이크로비오타(Microbiota, 미생물군)와 게놈(Genome)의 합성어로 최근 마이크로바이옴 기반 신약 개발이 활발하게 진행되면서 인간 게놈(genome)으로도 설명하지 못하는 인체와 질병에 대한 다양한 수수께끼를 풀 열쇠로 마이크로바이옴이 주목받고 있음

 

또 우리 몸속 미생물로 질병을 호전시킬 수 있다는 다양한 연구결과와 염기서열 분석 기술이 발전하면서 글로벌 바이오업계가 기존 의약품 패러다임을 뒤바꾸는 ‘게임 체인저’로 마이크로바이옴 신약들을 주목하고 있는 가운데, 미국ㆍ유럽 등 주요 선진국을 중심으로 국가 주도 대형 프로젝트를 진행하고 있음

 

[표 1] 휴먼 마이크로바이옴 치료제 시장 전망 (단위: 백만달러[억원])

출처: Human Microbiome Based Drugs and Diagnostics Market(BBC Research, 2017), 생명공학정책연구센터, Global Microbiome Industry(Frost & Sullivan 분석), 2019. 4/재구성

 

2014년 세계경제포럼(WEF)에서 발표한 10대 유망기술 중의 하나로 선정된 휴먼 마이크로바이옴은 인간 몸속에 공존하는 미생물의 유전정보 총집합으로 전체 미생물의 95%는 대장을 포함한 소화기관에 존재하고, 호흡기, 생식기, 구강, 피부 등에도 널리 분포되어 있다

 

마이크로바이옴 기술이 차세대 바이오헬스케어 핵심으로 주목받으면서 세계적으로 관심을 모으고 있는 가운데, 최근 상관관계와 인과관계를 밝히기 위한 실험적 증명을 넘어, 이를 기반으로 질환의 예방과 인간의 건강증진에 적용하기 위한 시도가 이어지고 있음

기존에는 인체 공생미생물의 수가 인체를 구성하는 체세포의 수보다 열 배 이상 많은 것으로 알려져 왔지만, 최근 연구 결과에 따르면 대략 체세포수 보다 조금 많은 정도로 추정되고 있음

 

장내 미생물총(Microbiota)은 장내에 거주하는 세균뿐만 아니라, 고세균, 진핵생물, 바이러스를 아우르며, 출생과 함께 정착되어 생활과 식습관에 의해 변화되는 특징을 가지고 있음

 

이러한 마이크로바이옴이 인체내에서 각각 어떤 역할과 영향을 미치는지 밝혀지게 되면, 향후 크론병 등 마땅한 치료제가 없는 염증성 장질환은 물론 아토피 피부염, 비만, 암, 당뇨, 뇌질환 등 다양한 질환 치료에 활용할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있음

 

이처럼 마이크로바이옴이 바이오헬스케어 산업의 핵심으로 떠오르면서 질병의 진단 및 치료제를 개발뿐만 아니라 마이크로바이옴을 활용해 질병을 빠르게 진단하는 분야까지 다양한 시장성과 높은 발전 가능성을 기반으로 다양한 기능성 제품ㆍ치료제 개발이 전세계적으로 빠르게 진행되고 있음

 

그밖에도 마이크로바이옴은 인간, 동ㆍ식물, 토양, 바다, 대기 등에 공존하는 미생물 군집과 유전체 전체를 의미하는 말로 질병 치료뿐만 아니라 작물ㆍ가축 관리, 환경, 에너지ㆍ자원 보존 등 여러 분야에 활용될 것으로 분석하고 있음

 

또 활발한 연구ㆍ개발로 인해 수년 내에 마이크로바이옴 산업적 활용이 가능하게 될 것으로 기대를 모으고 있는데, 특히 질병 예방 측면에서는 개인맞춤형 의료가 현실화되어, 개인별 맞춤형 질병치료가 가능하게 될 것으로 예상하고 있음

 

아울러 염증성 질환과 대사 질환뿐 아니라 감염성 질환, 호흡기 질환, 면역 질환, 희귀 질환, 암 등 점점 더 다양한 질병과 장내 마이크로바이옴 간의 연관성을 찾기 위한 다양한 연구와 개발이 진행되고 있으며, 나아가 망가진 장내 미생물 환경을 정상으로 복원하는 연구가 진행되면, 질병 예방과 진단ㆍ치료에 활용과 더불어 혁신적인 신약 후보물질도 발굴할 수 있을 것으로 예측하고 있음

 

특히 최근 미국의 바이오벤처 세레스 테라퓨틱스가 재발성 클로스트리디움 디피실 감염(CDI)에 대한 경구용 마이크로바이옴 치료제 ‘SER109’의 임상 3상 결과를 발표하는 등 장내 미생물을 활용한 치료제 개발은 세계적인 추세로 이어지고 있음

 

현재 대변추출물 신약이 가장 먼저 나올 것으로 예측되는 세레스 테라퓨틱스 외에도 리바이오틱스 등이 임상 3상을 진행중인 것으로 알려지고 있는 가운데, 마이크로바이옴을 이용한 치료제는 미국ㆍ영국 등에서 5개 품목이 임상 3상을 진행하고 있으며, 국내에서도 1개 품목이 임상 1상을 승인받았음

 

이처럼 세계 최초의 장내 미생물을 활용한 마이크로바이옴 치료제 개발이 현실화되면서 전세계 많은 기업들이 미생물을 활용한 치료제 개발에 속도를 내고 있는 가운데, 현재 전세계적으로 개발중인 마이크로바이옴 치료제는 204개로 알려지고 있음

 

또 글로벌리서치업체 마켓앤마켓에 따르면, 마이크로바이옴 치료제 글로벌 시장 규모가 연평균 21.9% 성장해 오는 2023년에는 6억 4,900만 달러(약 7,550억원)에 이를 것이며, 2024년에는 2018년(5,630만 달러) 대비 167배 증가해 93억 8,750만 달러에 이르는 고속 성장이 예상되고 있음

 

[2022 차세대 바이오산업을 위한 마이크로바이옴 기술 동향 및 시장 전망] 보고서 상세보기

https://www.irsglobal.com/shop_goods/goods_view.htm?category=05000000&goods_idx=85319&goods_bu_id=

 

[차세대 바이오산업의 혁명으로 다가오는, 마이크로바이옴(microbiome) 핵심기술 개발동향과 향후 전망] 보고서 상세보기

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