바이오인

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 19-54
인간 마이크로바이옴의 향후 연구방향

◇ 지난 10년간 인간 마이크로바이옴에 대한 대규모 투자와 프로젝트를 추진하였으나, 아직도 풀어야할 근본적인 질문들이 존재. 향후 마이크로바이옴 기반 의약품 개발이 가능하기 위해서는 숙주와 미생물의 상호작용에 대한 생태학적 및 진화론적인 이해 등 새로운 접근이 필요

▸주요 출처 : Nature, Priorities for the next 10 years of human microbiome research, 2019.5.29.; BRIC [바이오토픽] 통합적 인간 마이크로바이옴 프로젝트(Integrative Human Microbiome Project) 완료 - 성과와 향후 과제는?, 2019,5.30

■ 지난 10년간 인간 마이크로바이옴 투자는 17억 달러(약 2.3조원)로, 미국, 유럽, 중국, 캐나다, 한국 및 일본 등에서 주요 프로젝트 추진

 ○ 2007∼2016년 미국의 투자액은 약 10억 달러로 가장 많이 투자, 이중 20% 정도가 인간마이크로바이옴프로젝트(Human Microbiome Project, HMP*)로 추진
   - 인간마이크로바이옴프로젝트(HMP)는 최초의 대규모 프로젝트 중 하나로 국립보건원(NIH) 지원으로 2007년 시작하여 2016년 종료. HMP는 미국 및 전세계적으로 인간 마이크로바이옴 연구를 촉매
    * 인간 마이크로바이옴의 인간 질병 및 건강 간의 상관관계를 규명하는 것을 목표로 1기 (HMP1)와 2기(HMP2)로 추진. 광범위한 연구분야에서 활용될 수 있는 참조 시퀀스(reference sequence), 멀티오믹(multi-omic) 데이터세트, 계산 및 통계도구, 분석 및 임상 프로토콜을 개발

 ○ 유럽연합(Metagenomics of the Human Intestinal Tract, MetaHIT), 캐나다(Canadian Microbiome Initiative), 일본(Human Metagenome consortium) 등 국제 컨소시움 및 개별국가 차원의 다양한 마이크로바이옴 프로젝트를 추진
   - EU 중심의 인간 장내 메타게놈 프로젝트(MetaHIT)는 2008∼2012년간 총 2,100만 유로의 예산이 투입. 중국을 포함한 8개국 14개 기관이 참여
   - 국가 간 협력과 연구성과(데이터) 공유 목적의 국제인간마이크로바이옴 컨소시움 (International Human Microbiome Consortium, IHMC) 발족(2008년). 13개국이 가입, 데이터 공유 및 표준의 중요성에 대한 인식 제고
   - 미국은 국가 마이크로바이옴 이니셔티브(National Microbiome Initiative, NMI) 추진 발표(2016.5)
    ※ NMI는 다양한 생태계 내에 존재하는 미생물군을 대상으로 미생물의 유전지도 완성과 함께 미생물의 활동 및 인체에 미치는 영향을 연구

 ○ 마이크로바이옴 연구의 진전은 관련 산업적 가치(인간 마이크로바이옴 기반 제품, 진단 및 치료적 개입)를 크게 향상
    ※ 인간 마이크로바이옴 기반 제품, 진단 및 치료제에 관한 글로벌 시장규모는 현재 2.75∼4억 달러인 것으로 추정되며, 2024년까지 7.7∼19억 달러로 증가 전망

■ 그간 상당한 투자에도 불구하고, 여전히 인간 마이크로바이옴에 대한 근본적인 질문들이 남아있는 상황

 ○ 연구자들은 건강한 마이크로바이옴을 구성하는 요소 또는 손상된 요소를 정의하는 방법에 대해서는 아직 동의하지 않은 상태
   - 마이크로바이옴 특성이 임상 및 역학 연구에서 좋은 바이오마커가 될지 여전히 불확실하며, 입, 내장, 피부와 같이 서로 다른 신체 부위에서 마이크로바이옴이 어떻게 상호작용하는지는 알려져 있지 않음
    ※ 각 신체 부위의 고유한 생물지화학적(Biogeochemical) 서식지가 메타 데이터 분석을 통해 규명. 환경 생물에서 직접 추출된 DNA 서열은 존재하는 미생물 군집과 그 대사 능력을 특성화하는데 사용할 수 있음. 그러나 산소농도, pH 수준 및 영양 공급원과 같이 이러한 변화를 일으키는 요인에 대해서는 조사하지는 않음 
   - 또한 미생물이 인간의 발달과 성숙을 지원하고 면역계와 신진대사의 안정성을 활성화하고 유지하는데 필요하지만, 인간세포와 미생물 간의 생물학적 현상이 어떻게 공동 진화했는지를 이해하진 못한 상황

 ○ 일부 연구자들은 마이크로바이옴을 제2의 장기(forgotten organ)인 것처럼 연구하고 있으나, 이러한 접근법은 한계가 존재

   - 마이크로바이옴의 주요한 특성은 발달 과정 및 평생 동안 스트레스 요인 및 질병에 대한 반응으로 가변성이 있음