프로바이오틱스 미생물 신약 후보 가능성 제시

비피더스 균 (Bb PRI1)에의한 면역 조절 기작 모식도/자료=IBS

20일 기초과학연구원(IBS) 면역 미생물 공생 연구단 임신혁 교수(포스텍 생명과학과·융합생명공학부)팀이 새로운 면역치료제인 미생물 신약 후보로 ‘프로바이오틱스’를 제안했다.


이번 연구로 단순한 건강식품의 범주에 포함되던 프로바이오틱스가 다양한 염증성 질환이나 알레르기 질환의 치료제로 개발될지 기대를 모은다.

인체의 모든 질환은 불균형한 면역반응에서 비롯된다. 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 효능와 기능도 주목을 받고 있지만 어느 미생물이 어떤 질환에 효과가 있는지, 체내에서 어떻게 작동하는지 등은 상당 부분 난제로 남아 있다.

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 PRI1균’을 발견하는데 성공했다.

연구팀은 면역 지표물질을 발현하는 생쥐에서 장 유래 면역 세포들을 분리해 후보 균들을 뽑아 1차 군을 만들었다. 그 중 면역반응을 조절하는 T세포의 분화와 증식을 유도할 수 있는 특정 균들만 뽑아 2차 군을 구성했다.

이렇게 만들어진 후보 미생물들은 총 200여 종. 연구진은 어린아이 분변에서 가장 많이 발견되는 비피더스균 PRI1만을 선택적으로 분리해 연구했다.

이후 비피더스균 PRI1만의 면역반응을 살펴보고자 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 T세포(Foxp3)의 분화와 증식을 유도한다는 사실을 확인했다.

비피더스 PRI1균의 치료 효과도 검증했다. 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.

임신혁 IBS 면역 미생물 공생 연구단 교수/사진=IBS

세포 표면 다당체의 면역반응 조절 기작도 규명했다. 흥미롭게도 세포 표면 다당체만 염증이 있는 실험쥐에 투여했을 때도 비피더스 PRI1균을 투여했을 때와 비슷한 항염증 효능이 나타났다.

연구팀은 “이번 연구는 프로바이오틱스가 꼭 살아있어야만 효능이 있을 거라 여겨졌던 기존의 상식을 완전히 뒤집었다는데 큰 의의가 있다”고 설명했다. 특정 프로바이오틱스만이 유익한 활성을 지니는 이유에 대해 과학적 근거를 제시했다는 측면에서도 주목할 만하다. 또 면역 활성 물질의 화학적 구조와 작용기작을 규명해 미생물을 이용한 마이크로바이옴 치료제 개발에 획기적인 기여를 할 것으로 기대된다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘사이언스 이뮤놀로지’ 20일자 온라인판에 게재됐다. 사이언스 이뮤놀로지는 이번 연구성과를 주목할 만한 논문으로 선정했으며, 내달 전세계 전문가들과 미생물을 신약으로 개발할 가능성에 대한 공개 토론을 페이스북으로 생중계할 예정이다.