마이크로바이옴(Microbiome)의 세계-①

개인적으로 2019년동안 가장 관심이 많았던 부분은 바로 게놈(GENOME)부분이다.
실제 유전체 분석 클라우드 서비스 개발 및 창업을 검토하면서, 미래를 그려보았었다.
하지만 결론적으론 한국에서 시작하기엔 규제와 골든타임을 놓쳐 포기한 분야다. (관련 이야기도 정리하여, 업로드 할 예정이다.)

이때, 서비스를 피칭하는 중에 계속해서 묻는 질문이 있었다.

혹시 마이크로바이옴(Microbiome)도 다루시나요?

 

마이크로바이옴(Microbiome)이란?

미생물(Microbe)과 생태계(Biome)의 합성어로, 노벨 생리의학상 수상자인 컬럼비아대학의 레더버그(Lederberg) 교수와 하버드의대의 맥크레이(McCray)교수의 2001년 사이언스지 기고를 통해 최초로 정의되었다. 벌써 19년이 지났다.

현재 마이크로바이옴은 인간뿐만 아니라 동물과 식물의 세균, 바이러스, 곰팡이 등 미생물을 포괄하는 용어로 사용하고 있다.

2015년 구글 벤처스의 설립자인 빌 마리스는 "마이크로바이옴은 헬스케어의 가장 큰 게임체인저가 될 것이다"라고 할 정도였으며,
2018년 JP모건 헬스케어 컨퍼러스에선 마이크로소프트 창립자인 빌 게이츠는 세계를 바꿀 세 가지 중 하나로 꼽았다. (다른 두가지는 치매 치료제와, 면역 항암제).

실제 글로벌 제약사들뿐만 아니라, 생명공학, 바이오 기업들도 눈독을 들이는 분야로 식습관 부터 화장품 등 다양한 방면으로 활용을 모색하고 있다.

물리적으로 마이크로바이옴은 체중(human) 1~3% 를 차지하며, 유전자 수로는 human genomes의 수백 배로 존재하며, 아래 4가지의 주요한 역활을 수행한다.

 

1. 영양분 흡수 : 마이크로바이옴의 종류와 구성에 따라 같은 영양분도 사람에 따라 흡수 양상이 다르다.
2. 약물대사 조절 : 인체 내에 들어온 약물이나 발암 물질로부터 보호하는 기능을 수행한다.
3. 면역작용 조절 : 인체의 면역체계와 상호작용을 하면서 외부의 병원성 미생물로부터 인체를 보호한다.
4. 발달 조절 : 마이크로바이옴에서 생성된 물질이 뇌 발달 및 신경에 영향을 주어 인간 행동까지도 영향을 준다.

특히 마이크로바이옴의 불균형(Dysbiosis)은 여러가지 질병에 대한 위험성 증가와 당연하게도 관계가 있는데, 관련 논문들에 따르면 인간 질병의 90% 이상이 장내 마이크로바이옴과 연관이 있다고 한다.

이러한 불균형은 염증성 장질환, 과민성 장증후군 같은 소화기 질환뿐 아니라 비만, 당뇨병, 파킨슨병, 자폐증, 우울증 등 다양한 질병의 위험성을 높이는데, 이는 곧 이를(불균형) 개선하면 위 질병에 대한 치료가 가능하다는 내용으로 이해된다.

또한, 마이크로바이옴을 주제로 한 논문은 지난 5년 간(2013~2017년) 약 1만 3천건에 이르고, 특허 또한 2006년 262개에서 2016년 2만개로 10년 사이 80배로 증가했다.

주요기술로는 프로바이오틱스(probiotics), 프리바이오틱스(prebiotics), 표적 향균제(Targeted Antimicrobials) 등이 있다.

• 프로바이오틱스(Probiotics)는 적당량을 섭취했을 때 인체에 이로움을 주는 살아있는 세균을 총칭하며, 주로 박테리아나 효모와 같은 미생물로 구성되고 유산균(Lactobacillus), 비피더스균(Bifidobacterium) 등이 포함된다.
• 프리바이오틱스(Prebiotics)는 장내 유익한 박테리아의 생장을 돕는 난소화성 성분으로 프로바이오틱스의 영양원이 되어 장내 환경을 개선하는데 도움을 준다. 대표적으로 이눌린 또는 이눌린을 이용하여 만든 파락토 올리고당 등 탄수화물로 이루어져 있는 경우가 많고, 대부분이 식이섬유의 형태로 존재한다.
• 표적 항균제(Targeted Antimicrobials)는 항미생물제라고도 하며 미생물의 생장(growth)이나 생존(survival)을 억제할 수 있는 천연화합물 혹은 합성화합물을 의미하며, 인체에 해롭지 않고 유익한 미생물을 해치지 않으면서 명확하게 병원성 미생물을 목표로 삼는 기술이다.

이러한 기술을 바탕으로 활용되고 있는 산업분야는 아래와 같다.

• 헬스케어(Healthcare)영역에선 요즘 DTC를 통한 개인 맞춤형 프로바이오틱스 솔루션 등을 제공하는게 인기를 몰고있다.(해외에서만..)
• 식음료(F&B) 산업에선 전부터 프로바이오틱스와 프리바이오틱스를 사용하고 있었고, 최근엔 좀더 전문화?된 마이크로바이옴 연구기반으로 과학적 입증을 통해 소비자의 건강에 기여하는것을 목표로 하고있다.
• 개인관리(Personal care) 부분에선 헬스케어 부분과 연계하여 개인 맞춤형 뷰티, 코스매틱쪽으로 활용되며 마이크로바이옴 기술이 노화 방지 및 기타 피부, 모발관리에 사용될 수 있도록 연구하고 있다.
• 공기조화기술(HVAC) 실내 공기의 질을 개선하기위해서도 프로바이오틱스 기술을 활용한다고 한다.

*추가로 장내 공생 미생물이 효과적인 항암 활동과 관련된 면역 반응을 촉진한다는 연구결과로 암 치료에 활용하는 온코마이크로바이오틱스(Oncomicrobiotics)도 부상하고 있다.

약 10년이 지난 지금에서 마이크로바이옴이 빛을 보기시작하는 이유는 위 설명처럼, 연구 결과가 이해관계자들이 납득할정도로 많이 증명되었기 때문이다. *신기술에대한 회의론적 시각은 어디서나 존재하나, 사람을 대상으로한 의료와 바이오쪽은 더욱 기준이 높아 기술과 효용을 납득시키기엔 많은 증명(연구)가 뒷받침 되야하며, 절대적인 시간이 필요하다.

 

여기엔 국가적 R&D 프로젝트를 중심으로 수많은 대학 연구팀들과 기업이 다양한 질병과 인체 마이크로바이옴, 장내 마이크로바이옴과의 상관관계를 밝히려는 연구들의 결과물로 이러한 지원아래의 연구가 계속 거듭될수록 명확하고 특이적인 상관관계를 확인하고, 신약 개발 등 활용 분야도 다양화되고 있다.

하지만, 한국에선 마이크로바이옴에 대한 대학과 국가적 차원의 지원, 연구가 이뤄지고있는가?는 의문형이다. 물론 마이크로바이옴 국제 컨소시엄에 참여할 정도의 국가적 관심은 있으나, 청사진을 그리는 능력과 실제 연구실 실상은 다르다.

예를들어 뛰어난 연구자 및 교수가 한국에서 마이크로바이옴을 연구하다 특이적인 상관 관계가 있는 물질을 발견하여, 치료제 개발을 한다고 하면 정부차원에서 지원해줄 수 있는건 소정의 R&D 자금밖엔 없다. 마이크로바이옴 관련 인허가 제도도 준비가 안되어있으며, 이를 수행할 수 있는 인력 또한 식약처에는 없는 상황이다. 즉 가능성이 보이는 연구라 하더라도, 이끌어갈 능력이 없다.
결국 선택하는 것은 연구자는 창업을 하여 개인 자금 + R&D 비용(+국가 과제)으로 전임상 수준까지는 진행하고, 긍정적인 데이터가 나온다면, 글로벌 제약사에게 라이센스 아웃을 하는 방향이 정말 Best case다. 하지만, 데이터말해주듯이. 대부분은 연구소(초기 R&D기업)는 기술에서 임상까지 나아갈 인력과 자금도 없이 말라간다.

그렇다면 현재 한국의 기업들은 어떻게 이러한 문제를 풀어가고 있을까?

다음엔 한국의 마이크로바이옴 업체들과 해외의 마이크로바이옴 스타트업(서비스 위주)로 정리해보겠다.

 

*참고

Global Microbiome Industry(Frost & Sullivan)

Market Volume 2019년 $81.1bn -> 2023년 $108.6bn 규모 성장