차세대 바이오산업의 혁명으로 다가오는, 마이크로바이옴 핵심기술 개발동향과 향후 전망 보고서 표지

산업조사 전문업체인 IRS글로벌은 ‘차세대 바이오산업의 혁명으로 다가오는, 마이크로바이옴(microbiome) 핵심기술 개발동향과 향후 전망’ 보고서를 발간했다.

코로나 펜데믹이 2021년에도 지속되는 가운데, 많은 전문가가 코로나19와 함께하는 삶이 앞으로 지속될 것이라는 뉴노멀을 예상함에 따라 전염병과 질병을 이겨낼 수 있는 면역력에 대한 관심도 높아지면서 최근 인체와 마이크로바이옴(Microbiome) 사이의 연관성을 밝히려는 연구가 더욱 활발하게 진행되고 있다.

특히 코로나19가 사라지기도 전에 영국발 변이 바이러스가 출현하면서 이 같은 post-Covid19 시대의 등장을 뒷받침하고 있는 가운데 최근 면역력과 관련이 깊은 장내 미생물(Microbiome)의 중요성이 더욱 부각되고 있다.

아울러 포스트 코로나 시대에 바이오산업이 미래 성장동력으로 주목받는 가운데 면역력과 직접적인 연관성이 있는 마이크로바이옴 기술에 세계적인 관심이 집중되면서 첨단기술을 이용한 마이크로바이옴 치료제 개발이 활발하게 진행되고 있다.

또한 전 세계인의 새로운 화두가 되는 장내 마이크로바이옴의 불균형(Dysbiosis)은 여러 질병에 대한 위험성 증가와 상관관계가 높기 때문에 장내 미생물 상태에 따라 코로나19가 우리 몸에 미치는 영향이 달라질 수 있다는 분석이 나오면서 균형 잡힌 장내 미생물의 중요성이 더욱 강조되고 있다.

특히 전 세계 수많은 연구팀의 연구 결과로부터 인체 미생물이 여러 종류의 인간 질병에 영향을 미칠 수 있다는 사실이 밝혀지고, 인간 질병의 90% 이상이 장내 마이크로바이옴과 연관이 있는 것으로 알려지면서 체내에서 가장 큰 면역기관인 장 면역이 신종 코로나19를 낮추거나 악화하는 요인으로 작용할 수 있다는 의견이 제시되고 있다.

아울러 마이크로바이옴은 사람마다 보유하고 있는 양상이 다른 상황에서 최근 유전체, 대사체 분석 및 AI 접근방법 결합 등의 기술이 발전함에 따라 인간의 미생물 군집(microbiome)에 대한 새로운 연구 결과, 인간의 장, 피부, 입 및 질의 미생물 군집에서 그동안 알려지지 않는 수백만 개의 새로운 유전자가 발견됨으로써 그동안 우리가 파악할 수 없었던 인체와 질병의 상관관계를 포착할 것으로 기대하고 있다.

이처럼 마이크로바이옴은 인간을 포함해 동·식물, 토양, 바다, 대기 등에 공존하는 미생물로 급증하는 새로운 질병, 환경 등과 밀접한 관련이 있다고 밝혀지면서 바이오산업을 중심으로 식량 생산, 에너지, 생태계 서비스 등의 분야에서 마이크로바이옴을 이용한 비즈니스 가치와 전략을 수립하기 위해 전 세계적으로 박차를 가하고 있다.

최근에는 대량의 데이터를 수집·분석할 수 있는 기술이 급속도로 발전하고 다량의 염기서열을 짧은 시간 내 분석할 수 있는 기술력이 개발되면서 유전체 정보를 둘러싼 국내외 바이오 회사들의 경쟁이 뜨겁게 달아오르고 있다.

유전체는 한 생물체 세포 속에 포함된 유전자 전체를 의미한다. 이러한 유전체 정보가 쌓이면 일정한 패턴이 나오고 이를 분석함으로써 어떤 질병에 취약한지 예측이 가능하게 되는데, 이러한 시퀀싱 기술은 생물학, 신약개발, 진단, 의료 등에 큰 영향을 주고 있다.

최근 환경 변화와 더불어 미생물 변이에 의한 변종, 신종 미생물이 출현하면서 현재 미생물학계에서는 단일 생물종의 유전체 해독 연구를 넘어 특정 환경에서 수집한 샘플에 함유된 유전체를 분석하기 위해 각 환경의 미생물 군집을 파악하고자 하는 meta-genomics 연구가 활발히 수행되고 있다.

배양법의 한계를 극복하고 자연환경에 존재하는 미생물 군집을 있는 그대로 유전자 수준에서 해독하기 위해 16S rRNA 유전자 염기서열 등 여러 가지 분자생물학적인 실험 방법들이 개발되고 있다.

특히 NGS에 의한 염기서열 분석이 가능해지고 메타게놈의 광범위한 염기서열 해독으로 미생물 유전체 서열 정보를 확보하기 시작하면서 메타제노믹스(metagenomics), 즉 배양이 불가능한 미생물 유전체를 분석하는 분야에 대한 관심이 높아지고 있다.

특히 차세대 염기서열 해독 기술(NGS)의 발전으로 미생물 분석은 큰 변화가 일어나고 있는 가운데 미생물 구성원간의 연결구조와 그에 영향을 미치는 환경적 요인을 밝히기 위한 마이크로바이옴 연구는 2000년대에 메타게노믹스와 유전자 시퀀싱 기술이 일반화되면서 본격적으로 시작됐다.

염기서열 연구는 소재 확보를 위해 유전체 정보를 이용한 분석에까지 활용하기 시작했는데 이러한 미생물 유전체 분석은 악성종양, 감염질환, 장질환과?같은?질병뿐만 아니라 환경, 농축산업 등 다양한 분야에서 활용이 가능한 것으로 알려지고 있다.

마이크로바이옴 관련 연구들이 다양한 미생물 군집의 서열 분석을 통해 데이터를 축적하고 관련 질환과의 상호관계를 규명하는 방식으로 이뤄진다. 이 가운데 마이크로바이옴 분석은 검체 수집 방법, 검체 처리 방법, 실험 방법, 데이터 분석 방법 등에 따라 결과가 매우 다르게 나올 수 있고 식이, 약제 등 외부 영향을 많이 받아 그 구성이 다양하게 변화할 수 있으므로 검체 수집, 처리 등 마이크로바이옴 분석 기술에 대한 표준화가 이뤄져야 한다.

이에 IRS글로벌은 마이크로바이옴 관련 분야에 관심이 있는 기관·업체의 실무담당자들에게 연구개발, 사업전략 수립에 도움이 되기를 바라는 마음으로 조사를 기획했다. IRS글로벌은 마이크로바이옴 관련 연구개발 및 사업을 진행하는 관계자들에게 유용한 정보로 활용돼 크게는 국내 바이오산업의 경쟁력 강화에 기여할 수 있는 자료가 되기를 기대해본다고 밝혔다.