[데일리팜=노병철 기자] "1998년 배양을 거치지 않고, 시료에서 직접 DNA를 추출해 그 정보를 분석할 수 있는 메타게노믹스 기술 개발로 휴먼 마이크로바이옴 연구분야는 비약적 발전을 이루고 있다. 향후 마이크로바이옴 기반 혁신신약은 장내 미생물 중 핵심종을 파악하고 이를 표준·물질화 하는 데 성패가 달렸다."

김응빈 연세대 시스템생물학과 교수의 차세대 휴먼 마이크로바이옴 기반 혁신신약 개발 방향성은 생태학적 구조에서의 물질순환의 이해에 초점이 맞춰져 있다.

우리 인체(구강·대장·비강·생식기·피부 등)에는 1만종 이상의 미생물이 서식하고 있고, 37조 마리의 세균이 공존하고 있다.

이와 관련해 김응빈 교수는 "중요한 것은 미생물 자체가 아니라 이들의 유전자·단백질이다. 일례로 건강한 장 속에는 지방을 소화하는 데 필요한 미생물이 항상 존재한다. 하지만 이 임무를 수행하는 미생물이 늘 같을 필요는 없다. 생물학적으로 말해, 대사기능이 중요한 것이지 이를 제공하는 미생물은 별 상관이 없다. 운동경기에서 상황에 따라 선수 교체를 하는 것과 같은 이치"라고 설명했다.

장내 미생물 연구로 압축할 수 있는 휴먼 마이크로바이옴 분야는 1스푼에 담긴 토양 미생물 1억5000만 마리가 생존하고 있는 환경생태계 만큼이나 복잡한 구조를 띠고 있지만 '유익균을 활용한 인류의 건강한 삶에 기여'라는 생명 존중 철학·이념을 실현할 수 있는 가능성이 높은 연구영역이다.

환경미생물 전문가인 김 교수가 2010년대에 들어서면서 휴먼 마이크로바이옴 연구·논문에 관심을 가진 이유이기도 하다.

장내 유익균의 총칭인 프로바이오틱스는 살아 있는 미생물로서 적당량 복용했을 때 건강에 도움이 될 수 있는 미생물을 지칭하고, 프리바이오틱스는 장내 유익균의 먹이를 뜻한다.

흔히 '프로바이오틱스=유산균'이라고 통칭하는데, 유산균은 프로바이틱스의 일종으로 분류상 하위개념이다.

대표적인 피리바이오틱스는 식이섬유이며, 포스트바이오틱스는 유익균이 만들어 낸 좋은 물질, 파라바이오틱스는 사균을 의미한다. 이 모든 것을 합친 개념이 신바이오틱스며, 대표적인 예로 김치를 들 수 있다.

김 교수가 진행한 미생물 연구 중 눈길이 가는 부분은 우리나라 전통 젓갈(조기·갈치 등)에 분포한 프로바이오틱스 존재의 규명이다.

젓갈은 소금 숙성 초기 다량의 세균이 존재하는데, 2년여 숙성시간이 지나면서 99%의 세균이 사멸, 결국에는 테트라제노코쿠스 등 호염성 유산균 2,3종만 남는다는 흥미로운 연구 주제로 학계와 언론의 관심을 받은 바 있다.

미생물학 권위자로 평가받고 있는 김 교수는 차세대 마이크로바이옴 균종 중 하나인 '아커만시아 뮤시니필라' '피칼리박테리움 프로스니치'의 가능성에 주목하고 있다.

김 교수는 "환경생태계의 구성과 존립은 핵심종이 관장한다. 핵심종이 빠지면 종 자체가 소멸할 수 있다. 수적 우위와 종의 유지는 별개다. 장내 핵심종이 되려면 장에서 잘 살 수 있어야 한다. 프로바이오틱스 관건은 장 내 체류시간인데 '아커만시아' '피칼리박테리움'은 장 점막 생존 시간이 긴 것으로 확인된다. 국산 기술로 이들 균종 배양에 성공한 점도 높이 평가된다. 장내 핵심종인 이들 균종 기반 혁신신약 개발이 기대된다"고 설명했다.

미국·유럽 등 휴먼 마이크로바이옴 혁신신약 R&D 강자들과 글로벌 시장에서 당당히 경쟁하기 위한 요건으로는 건기식·일반약 위주의 단순 정장제 개발·출시가 아닌 다양한 치료 질환군에 초점이 맞춰져야 한다는 김 교수의 주장에도 귀를 기울일 필요가 있다.

특히 산학연 오픈콜라보는 물론 국가 주도 연구개발 방향성과 정책/제도 지원책 마련이 시급하다.

마이크로바이옴 분야는 인간·가축·식물과 관련한 연구가 유기적으로 융합되어야 성과를 낼 수 있는 독특한 학문분야다.

농림축산식품부·과학기술정보통신부·보건복지부로 흩어진 개별 부처 지원이 아닌 범부처 통합 지원 시스템 확립도 선결 조건이다.

한편 김응빈 교수는 연세대 입학처장·생명시스템대학장 등을 역임, 저서로는 '술, 질병, 전쟁: 미생물이 만든 역사' '온통 미생물 세상입니다' '생명과학, 바이오테크로 날개 달다' '나는 미생물과 산다' 등이 있다.