“gut microbiota 의약품 등장하는 시대 멀지 않았다”

약물대사까지 관여하는 장내 미생물

gut microbiota와 다양한 질환과의 상관성이 밝혀지면서 향후 gut microbiota를 활용한 의약품을 등장할 것이라는 전망이 나왔다. 지난 3일 오전 9시부터 오후 5시까지 그랜드 인터컨티넨탈호텔에서 마이크로바이옴과 관련된 임상의, 기초연구자, 산업체 등과 함께 모여 마이크로바이옴에 대한 연구를 공유하는 자리를 가졌다. 장 바이오학회는 앞으로 임상의와 기초연구자의 소통을 통해 임상 현장에 이용될 수 있는 연구가 이루어질 수 있도록 다양한 논의가 오가는 플랫폼으로 발돋움 하겠다는 포부와 함께 창립 총회를 가졌다. / 메디포뉴스는 지난 3일 2018 장 바이오학회 워크숍 발표된 김동현 경희대 약대교수의 ‘gut microbiome overview’ 발표 내용을 토대로 마이크로바이옴의 전반적인 개요를 전한다.[편집자 주]

◆태아 시기 점착된 미생물, 끝까지 간다?

김 교수는 사람 소화관에 태아 시기에 점착된 미생물이 성인 시기까지 이어진다고 발표했다. 

김 교수는 “인체 소화관 내 미생물은 대략 100여 종에 이른다. 가장 주된 균주는 Bacteroides와 Streptococcus다. 처음에 어떤 미생물이 점착하는지에 따라 평생 미생물을 결정한다. 즉, 환경이 바뀌어도 처음에 점착한 미생물은 다시 돌아오려는 특성을 가진다. 건강과 관련해 이러한 연구 결과가 많이 활용되고 있다. 

건강 관점에서 인간에게 유익한 미생물과 해로운 미생물이 있다. 대체적으로 인간에 건강에 유익한 장내 미생물은 ▲Bifidobacterium ▲Lactobicillus로 널리 알려져 있다. 이에 대해 김 교수는 “한때는 Bifidobacterium과 Lactobicillus가 뇌수막염을 일으키는 균주로 분류되기도 했다. 그러나 현재 생각은 Bifidobacterium과 Lactobicillu가 translocation을 해 감염을 시켜도 일단 장내에서부터 간 등으로 옮겨도 다시 장으로 돌아온다. 때문에 특정 질병을 일으키지 않는다. 대신에 특정 균주는 다른 곳으로 이동해(translocation)해 뇌 등으로 옮겨 사망에 까지 이르게 할 수 있다.”고 설명했다. 

이어 김 교수는 미생물을 딱 잘라 건강에 유익한 균과 해로운 균으로 나누기 어렵다고 덧붙였다. 이에 대해 김 교수는 “소화관에 있는 미생물을 굳이 (건강의 관점으로) 나쁜 미생물과 좋은 미생물로 분류한다면 중간에 있는 미생물도 있다. 경우에 따라 좋은 미생물, 나쁜 미생물로 분류할 수 있기 때문에. 예전 관점에서 좋은 미생물은 비타민 등을 합성하거나, 정장 작용을 도와주는 미생물을 좋은 미생물로 분류했다. 지금의 관점에서는 염증 반응 등을 억제하는 미생물까지 좋은 미생물로 분류하고 있다.”고 설명했다. 

◆장 질환부터 정신질환까지 영향을 미치는 gut microbiome

장내 미생물을 장 질환, 대사성 증후군, 암, 정신질환 등 다양한 질병과의 상관성이 연구를 통해 밝혀지고 있다. 김 교수는 특히 면역계와 장내 미생물의 상관성에 주목했다. 

김 교수는 “소화관의 미생물이 많아지면 면역 범위도 넓어진다. 사람의 전체 면역세포 중 70%는 소화관에 존재한다. 이렇게 소화관에 면역세포가 많은 이유는 소화관에 있는 미생물을 방어하기 위해 면역세포를 소화관으로 끌어 모았다고 생각하고 있다. 그렇다면 소화관에 미생물이 없는 것이 좋을까? 그렇지 않다. 무균동물과 일반동물을 사육할 때 어느 동물이 장수를 할까? 이때 pathogen이 들어가게 되면 일반동물은 어느 정도 방어하는데, 무균동물은 금방 죽는다. 이를 통해 미생물이 있는 것은 살아가는 데 굉장히 중요하다는 결론을 도출했다.”고 장내 미생물과 면역과의 상관성을 설명했다. 

이어 김 교수는 면역학적 측면에서 건강에 유익한 미생물이 우점하는 상황에서 건강에 나쁜 미생물이 있는 상황이 인간의 건강에 좋다고 강조했다. 김 교수는 “좋은 미생물이 우점하면서 나쁜 미생물이 다양하게 분포하는 것이 vaccination(예방접종)을 하는 것과 유사한 효과를 가진다.”고 말했다. 

암과 면역의 관계도 속속 밝혀지면서, 장내 미생물과 암의 연관성에 대한 언급도 있었다. 특히, 항생제를 과도하게 사용하면 암 발생이 높아진다는 연구결과도 발표됐다. 이와 관련해 암세포가 자라지 않는 동물의 gut microbiota를 암세포가 잘 자라는 동물에 이식했더니 암세포의 성장이 줄어들었다는 연구결과도 소개됐다. 현재 암세포 증식에 관여하는 미생물로는 bifidobacterium이 사이언스에 보고됐다. 

자폐증, 우울증, 파킨슨 병 등 정신질환과 장내 미생물의 연관성도 발표됐다. 

김 교수는 “자폐증(autism)은 이미 Clostridium과 관련이 있다는 보고가 있다. 또, 파킨슨 병, 불안(anxiety), 우울증(depression), 알츠하이머 병도 장내 미생물과 밀접한 관련이 있다는 연구도 속속 밝혀지고 있다”고 말했다. 

◆”장내 미생물 약물 대사에도 영향 미친다”

약물 대부분이 소화관과 장을 거치기 때문에 약물 대사가 장내 미생물에도 영향을 받는 것으로 여러 연구에서 증명됐다. 

장내 미생물이 약물대사에 영향을 끼친다는 것에 대해 김 교수는 “한방에 사용되고 있는 약물과 phytochemical들은 상당히 많은 경우가 미생물의 product를 90% 이상 함유했다고 해도 과언이 아니다. 왜냐하면 체내에서 glycoside는 흡수가 잘 되지 않는데, 이 흡수를 돕는 것이 장내 미생물이기 때문이다. 즉, 약물 흡수율을 높여주는 것을 gut microbiota가 하고 있다. 그렇기 때문에 만약에 항생제에 동시에 투여한다면 gut microbiota가 없는 상태에서 약을 복용했을 때는 있을 때와 상당한 차이를 보일 수 밖에 없다. 아스피린의 경우를 생각해 보자. Gut microbiota가 아스피린의 흡수를 방해하기 때문에 항생제를 같이 투여해 줄 경우 약물 흡수가 더 높아진다. 따라서, 약동학적 특성을 고려할 때 gut microbiota를 고려할 수 밖에 없다.”고 설명했다. 

약물대사와 장내 미생물과의 연관성에 대해 플로우에서는 장내 미생물(프로바이오틱스)을 처리하면 전후에 어떤 지표들을 보고 판단하는지 질문이 나왔다.

이에 대해 김 교수는 “현재 in vitro(시험관 내)에서도 프로바이오틱스의 메커니즘을 분석할 수 있는 기법들이 많이 개발돼 있다. 예를 들면 아까 발표에서 말했든 macrophage가 프로바이오틱스의 polarization을 제어한다든가, T-cell의 분화를 제어한다고 했는데 in vitro(생체 내) 수준에서 프로바이오틱스를 이용하더라도 같은 기전으로 이뤄지고 있고, 어떤 물질이 이러한 작용을 하는지도 어느 정도 밝혀진 상태다. 그렇기 때문에 각 미생물이 여러 성분이 있기 때문에 이를 하나하나 분리하는 것 보다는 여러 성분이 복합적으로 있는 것이 더 효율적으로 생각된다. 예를 들어 butric acid가 작용하면 다시 고분자에 붙여 약물 시험을 하는 경우도 있다. 이런 연구가 진행되면 관련 연구도 빠르게 진행될 것을 전망한다.”고 답했다. 

마이크로바이옴 만큼 의학계에 또 다른 화두가 precision medicine이다. 다음 기사에서는 마이크로바이옴의 발전에서 빼 놓을 수 없는 기술인 NGS(Nest Generation Sequencing)가 실제 임상현장에서 얼마나 활용돼 Precision Medicine을 구현하고 있는지 장 바이오 학회에서 발표된 임상의 목소리를 전한다.