개인-특이적 다양성을 가진 인체 공생 마이크로바이옴(미생물군집)과 인체와의 상호작용 규명을 통한 질환 타겟 연구 및 건강한 장내 환경을 위한 마이크로바이옴 치료제 개발

인체 공생 마이크로바이옴 및 각종 마이크로바이옴은 건강 및 각종 질환과 밀접하게 연관되며, 2014년도에 선정된 세계 10대 유망기술 중 하나로써 고부가가치 개인 맞춤형 차세대 치료기술로 수요 확대 전망

향후 5년 : ~2020년 : 마이크로바이옴 분포 다양성 분석, 개인 맞춤형 마이크로바이옴 연구 모델 및 연관 질환 모델을 이용한 상호작용 제어기술 개발

향후 10년 : ~2025년 : 마이크로바이옴 조절을 통한 질환 치료 타겟 및 마이크로바이옴 치료제 개발

1) 인체 공생 마이크로바이옴 확보 및 분석기술

- 장내 시료 확보, 차세대 염기서열 분석(Next Generation Sequencing) 등을 활용한 메타게놈 분석으로 개인

-특이적 마이크로바이옴 다양성 분석 및 프로파일 확보

2) 개인 맞춤형 인체-유사 마이크로바이옴 연구모델 개발

- 기존 무균 동물모델, 세포모델 및 새로운 인체-유사 대체모델 개발을 통한 마이크로바이옴과 인체 상호 관계 연구

- 비피더스균의 인위적인 섭취가 장내 균총의 정장 작용에 도움이 되지 않는다는 연구결과를 통해 마이크로바이옴의 기능과 기전을 연구하기 위해서는 복잡한 인체의 장내 환경을 이해하기 위한 새로운 인체-유사 모델개발이 필요

- 개인 맞춤형 치료제 개발을 위한 스크리닝 플랫폼으로 활용 가능한 인체 유사 환자-특이적, 질환-특이적 마이크로바이옴 연구모델 확보 - 장내 환경 모방 모델을 통한 마이크로바이옴 배양 기술

* 3D-세포 모델, 오가노이드 모델 등

3) 질환 연관 마이크로바이옴의 인체 반응기전 연구

- 개인의 면역상태를 반영할 수 있는 인체-유사 연구모델 개발 및 질환 타겟 연구

4) 마이크로바이옴 중 유용균을 분리하여 장내환경과 유사한 조건에서 배양 후 직접 섭취하는 마이크로바이옴 치료제 기술

- 노환이나 질환 시에 이용하기 위해 유용균을 분리, 보관하는 기술 및 장내 환경과 유사한 환경에서 배양하는 기술

- 약으로 섭취한 마이크로바이옴의 생존 문제 해결

- 개개인의 최적화된 장내 정착 관련 요구조건을 충족시키기 위한 개인 특이성 고려

5) 마이크로바이옴을 이용한 질환 타겟 치료기술 개발

- 질환-특이적 마이크로바이옴 분석을 통한 바이오마커, 질환타겟 개발

- 개인 맞춤형 마이크로바이옴-표적 치료법 및 신약(미생물신약, 합성신약 포함) 개발

미래의 개인 맞춤형 질환 예방 및 치료에 있어서 인체와 공생 마이크로바이옴 및 질환과 관련된 감염성 마이크로바이옴 간의 상호작용 연구 분야의 기술적 수요가 확대되고 있으며, 개인 맞춤형 건강 증진 및 치료 연구를 위한 다학제간 융합 방식의 협력 연구가 필요함. 메타게놈 분석방법을 통한 마이크로바이옴 정보의 활용은 아직까지 제한적이며, 실제로 젊고 건강한 장내 환경 유지를 위한 인체 혹은 인간모델에서의 기능 연구를 통한 질환 타겟 연구 및 마이크로바이옴 표적 치료법 연구는 미미한 실정임

미국은 인체-마이크로바이옴 군집조사(Human Microbiome Project, HMP)에 2012년까지 2,000억 원을 투입하여 연구를 수행하였고, 현재 2단계 연구가 추진 중이며, 연구를 통해 인체 미생물 유전자 지도를 완성하였음

일본은 2007년에 Human Metagenome Consortium, Japan(HMGJ)을 구성하여 장내 마이크로바이옴의 게놈 해독을 통한 integrated database를 구축하고 있으며, 중국 또한 유럽과의 공동사업과 함께 Meta-GUT Project를 진행하고 있음

유럽의 인간 장내 메타게놈 컨소시엄(Metagenomics of the Human Intestinal Tract, MetaHIT)은 2007년부터 2012년까지 2,200만 유로를 투자하여, 인체 장내 마이크로바이옴 유전자의 catalog를 완성하였고 장내 미생물과 인간의 질환 연관 관계를 연구하고 있음

포스트게놈 다부처 유전체사업(2014~2021년)의 한 분야로서 숙주-미생물 상호작용을 연구하고 있으나, 세계 수준의 경쟁력 확보를 위해서는 투자 확대가 필요한 실정임

연구 분야는 주로 프로바이오틱, 유전체, 식물-미생물 상호작용, 감염기전 연구 등에 집중되고 있으나, 마이크로바이옴 조절을 통한 질환 타겟 연구 및 인체-유사 질환 예측 모델을 통한 바이오신약 연구는 미비한 실정임

글로벌 인간 마이크로바이옴 시장규모는 2019년 2.9억 달러에 이를 전망 ⇨ 인간 마이크로바이옴의 방대함에 비례해 이들을 연구하여 질병을 예방·치료하는 기술의 잠재력과 의학적 파급력은 매우 클 것으로 예상됨 * 자료출처: Markets and Markets, ‘Global Forecast to 2023’, 2014

2014년도 선정 세계 10대 유망기술 중 Human Microbiome Therapeutics (인간 마이크로바이옴 치료제)가 포함되어 있음‘인체-마이크로바이옴 상호작용’은 개인의 건강과 질환과의 직접적인 관련이 있으며, 급격하게 증가하는 현대병(염증성 질환, 면역질환, 장질환, 당뇨, 천식 등)의 질환치료를 위한 핵심 연구분야로 부상하고 있음

인체-마이크로바이옴 연구와 임상 공조 인프라 구축기존 실험동물 및 암세포주 모델을 대체할 개인 맞춤형 마이크로바이옴 연구를 위한 인체-유사 실험모델 구축 필요

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