(그림1. Human Microbiome Project의 국내외 동향)

2007년 미국, 유럽, 일본 등이 참여하여 International Human Microbiome Consortium (IHMC)을 조직하였다. 인간의 몸을 이루는 표면 중에서 18개 부위를 선정하여 수백 명 지원자의 미생물을 채취한 후 미생물 게놈 분석을 수행하고 있다. 이를 통해 몸속에 어떠한 미생물들이 서식하고 있는지와 미생물과 연관된 질환을 연구하고 있다. 한국은 다소 늦었지만 2011년에 가입하였다.

미국 : Human Microbiome Project (HMP)는 NIH에서 2008년부터 nasal passages(비강), oral cavity(구강), skin(피부), gastrointestinal tract(위장관) 및 urogenital tract(비뇨 생식기) 등 15개 신체 부위를 대상으로 690개의 샘플에서 미생물 군집을 연구하는 프로젝트를 수행하였다. 건강한 개인의 정상적인 미생물 조성 범위를 확인하였고 생물학적, 의학적으로 중요한 정보를 제공하고 있다.
National Microbiome Initiative (NMI)는 2016년 5월에 농작물, 소, 돼지 등에 영향을 미치는 토양 미생물을 비롯하여 감염병과 정신질환, 비만에 영향을 미치는 미생물, 우주인에게 미생물이 미치는 영향 연구에 2년간 1억 2천 100만 달러를 투입하였다.

유럽 : 염증성 장 질환과 비만을 두고 2008년부터 2012년까지 프랑스, 독일, 덴마크, 스페인, 뉴질랜드, 중국 등 유럽 8개국이 컨소시엄을 구성하여 Metagenomics of the Human Intestinal Tract (MetaHIT) 프로젝트를 진행하였고, 현재는 International Human Microbiome Consortium에 참여하고 있다

캐나다 : Canadian Institutes of Research (CIHR)는 2009년에 140억 원의 예산을 편성하여 Canada Microbiome Initiative (CMI)를 만들었다.

한국 : 2011년에 International Human Microbiome Consortium에 가입하였다. IBS 면역 미생물 공생 연구단에서 환자 맞춤형 면역 조절 미생물을 발굴하고, 이를 활용해 면역질환 치료를 하려고 한다. 아시아태평양 이론물리센터는 미생물 생태계 지도를 만들고 인체의 건강과 질환을 연구하고 있다. 또한, 미래창조과학부도 올해부터 2023년까지 총 80억 원을 투자해 한국인 장내 미생물 뱅크 구축과 활용 촉진사업을 추진하고 있다.

Human Microbiome과 질환, Microbiome 분포 

몸속에 살고 있는 미생물 개체군의 불균형이 질환을 유발할 수 있으며, 이러한 질환으로 acne(여드름), antibiotic-associated diarrhea(항생제 관련 설사), asthma(천식), allergies(알레르기), autism(자폐), autoimmune diseases(자가 면역 질환), cancer(암), dental cavities(치아 충치), depression and anxiety(우울증과 불안), diabetes(당뇨병), eczema(습진), gastric ulcers(위궤양), hardening of the arteries(동맥 경화), inflammatory bowel diseases(염증성 장 질환), malnutrition(영양실조), obesity(비만) 등과 연관이 있다는 연구 결과가 보고되고 있다.

(표1. Human microbiome과 관련된 질환)

몸속의 미생물 생태계가 불균형을 이루는 이유는 항생제 남용 및 노출, 병원성 미생물 감염, 식습관 변화 같은 환경요인에 의한 선택에 의해 유도될 수 있다.

(그림2. 우리 몸에 존재하는 미생물 분포)

위 그림에서 보여주는 바와 같이 인간 미생물의 구성은 해부학적인 위치에 따라 다양하게 분포하고 있다. 피부를 예로 들면, National Human Genome Research Institute 책임자인 Julie Segre는 2009년 6월에 10명의 건강한 지원자를 기반으로 인체 피부 20곳에 살고 있는 미생물을 조사하였고, 건강한 피부에 존재하는 미생물의 다양성을 밝혀냈다. Oily(유분기), Moist(촉촉함) 그리고 Dry(건조)한 상태에 따른 피부 미생물 분포를 확인하였다.
배꼽, 겨드랑이, 사타구니 같이 촉촉한 표면에는 Corynebacterium(코리네박테륨)과 Staphylococcus(포도상구균)에 속한 미생물이 살고 이들은 땀 속에 있는 질소를 먹고 산다. 얼굴 및 등과 같이 피지가 많은 표면에는 Propionibacterium(프로피오니박테룸)에 속하는 미생물이 주로 사는데 이들은 땀구멍에서 배출된 지방을 먹고 산다. 팔꿈치나 팔뚝에는 훨씬 다양한 미생물이 살고 있다.
피부에 사는 미생물의 일부는 죽은 피부를 제거 위해 진화했으며, 다른 일부는 피부 세포가 생성하는 오일을 천연 모이스처라이저로 변형시키고, 일부 미생물은 해로운 박테리아와 바이러스가 침입하지 못하도록 하였다. Julie Segre는 미생물의 불균형이 건선 및 습진과 같은 피부 질환에 기여하는지 여부를 조사하기 시작했다.

대변 미생물 이식(Fecal Microbiota Transplantation) 치료 

대변은 70%가 박테리아이고 4,000종의 박테리아가 발견된다. 대변 미생물 이식은 건강한 사람의 변에서 추출한 유익한 미생물을 다른 사람의 장에 넣어주는 것으로, 수혈을 받는 것에 비유할 수 있다. 한 번의 대변 미생물 이식으로 C-diff(시디프)’ 경우는 완치율이 80%나 된다고 한다.
대변 미생물 이식의 예는 동물에서도 볼 수 있다. 침팬지 행동에 관한 연구로 유명한 Jane Goodall에 의하면 일부 야생 침팬치는 과일을 먹다 보면 설사를 하게 될 때가 있는데, 이때 다른 침팬지의 대변을 먹고 적합한 미생물을 취한 후 설사를 멈춘다고 한다.

호주 시드니 소화 질환 센터의 Tom Borody교수는 염증성 장 질환 치료의 목적으로 대변 기증자 모집 광고를 통해 대변 미생물 이식의 공여자를 모집하여 치료에 적용하기도 하였다.

(그림3. 대변 기증자 모직 광고)
<출처 :100% Human>

미국에서는 비영리 대변은행인 OpenBiom이 출범하였다. OpenBiom은 대변의 공여자 모집 => 대변 스크리닝 => 이식할 세균준비 => 샘플 배달까지 해주는 서비스를 갖추고 있다. 미국 50개 주 중 33개 주의 180개 병원이 오픈바이옴과 연계되어 있다. 50명의 공여자를 테스트하고 검증해야만 한 사람의 적합한 공여자를 만날 수 있다.
2017년 국내에서도 대변은행 골드바이옴이 운영되고 있고, 세브란스병원은 전문 대변 이식팀을 구성하였다.
대변 미생물 이식은 장질환, 비만, 장과 연계된 질환 등의 치료 목적으로 이루어질 것이고 개인 맞춤형 미생물 대변 이식으로 발전할 수도 있다.

글을 마치며 

장내에 사는 미생물, 피부에 사는 미생물, 대변 미생물의 스크리닝 등 우리 몸속에 분포하고 있는 미생물을 분석해 내기에는 너무나 방대한 양과 종류이다. 그러나 시퀀싱 및 생물정보학 기술이 계속 진화화면서 지난 10년간 많은 발전이 있었다. 공개된 분석 도구로서는 Mothur, Vegan, Qlime 등이 있다. 우리 회사의 CLC Microbial Genomics Module을 활용하여 미생물 군집의 구성 및 기능적 특성을 분석할 수도 있다. 인간 미생물은 개인, 인종간, 국가에 따라 변동 및 다양성이 존재하며 한국인 고유의 미생물 게놈 데이터베이스가 구축되어 공개될 날을 기대해 본다.

<참고 문헌 및 사이트>
1. 10% Human. (Allerna Collen, 앨러나 콜렌)
2. The surface brigade, NATURE | VOL 492 | 20/27 DECEMBER 2012
3. The Human Microbiome: at the interface of health and disease Nat Rev Genet. 2012 Mar 13; 13(4): 260–270.
4. http://learn.genetics.utah.edu/content/microbiome/disease/ 
5. http://cdc.go.kr/CDC/cms/content/mobile/61/71961_view.html 
6. http://news.donga.com/3/all/20170421/83973970/1 

작성자 : 정호진 지사장

Posted by 人Co