마이크롬바이옴 미리 알아놓자.

일단, 지금 당장은 시장에서 관심을 거의 받지 못하고 있는 산업입니다.

 

하지만, 개인적으로 미래에 언젠가 한 번쯤은 이슈가 될 것 같은 산업같아서 미리 대비를 해놓는 것이 좋겠다는 생각입니다. 바로 가시죠.

 

| 목차

1. 마이크로바이옴이란?

2. 왜 알아놓아야 하는가?

3. 마이크로바이옴 시장 규모

4. 마이크로바이옴 주요 글로벌 기업 (부제: 언제부터 본격적으로 관심을 가져야 할까)

5. 국내 마이크로바이옴 기업

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1. 마이크로바이옴이란?

 

마이크로바이옴(Microbiome)은 미생물 군집(Microbiota)과 유전체(genome)의 합성어입니다.

 

넓은 의미에서는 인간과 인간외 모든 환경에서 서식하거나 공존하는 미생물과 그 유전정보 전체를 포함하는 미생물 군집을 말하고, 제약&바이오에서 주로 활용되는 인체 마이크로바이옴의 개념은 인간의 생명활동에 영향을 미치는 미생물과 그 유전 정보의 종합으로 여겨집니다.

 

이 마이크로바이옴을 활용하고자하는 아이디어는 인간의 생명 활동에 영향을 미치는 요소가 우리 몸 뿐만 아니라 우리 몸에 서식하고 있는 미생물의 영향을 받을 수 있다는 가정에서부터 출발했습니다. 연구 결과, 인체 내 존재하는 마이크로바이옴은 인간 체중의 1~3% 정도를 차지하며, 그중 95%가 장 등 소화기관에 존재하여 이들을 장내 마이크로바이옴이라고 부릅니다. 서식환경에 따라 유전체의 특성이 달라지기에 인체 마이크로바이옴은 사람마다 모두 다릅니다.

 

2. 왜 알아놓아야 하는가?

 

• 마이크로바이옴 연구의 시작

마이크로바이옴에 대한 본격적인 연구는 2000년대 이후 시작되었는데, 그 기반이 된 기술이 차세대 염기서열분석(NGS, Next Generation Sequencing)이라고 하는 기술입니다.

 

• 마이크로바이옴 연구가 본격적으로 성장하게 된 계기

이 NGS 기술이 발전하면서 주어진 샘플로부터 빠르게, 낮은 비용으로 유전체(*)를 분석할 수 있게 되었습니다. 2001년 1억 달러에 달하던 분석 비용은 기하급수적으로 낮아서 2021년 들어 1,000달러 미만으로 감소한 상황입니다. 이 말은 즉, 데이터 확보하는 것이 갈수록 수월해지고 있다는 것을 의미하고, 충분한 양의 데이터가 확보가 되면, 그때부터는 지금보다 훨씬 빠른 속도로 성장을 할 수 있을 것이라고 예상할 수 있습니다. 또, 무엇보다 NGS를 통해 특정 환경에 존재하는 다양한 생물체의 유전체를 종합해서 분석할 수 있게 되었다는 점 역시 마이크로바이옴 기술 발전 가속화에 있어 핵심적이라고 볼 수 있습니다.

 

* 유전체 (genome): 생명체의 세포핵 속에 들어 있는 유전정보의 전체를 뜻함. 염기가 모여 유전자를 만들고, 유전자가 모여 23쌍의 염색체를 만든다. 23쌍의 염색체는 30억개의 염기를 포함하 고, 이것을 유전체라고 함.

 

• 마이크로바이옴 연구에 NGS가 필요한 이유

마이크로바이옴은 그냥 단순하게 미생물 하나에 대해서 연구하는 게 아니라 다양한 생물체들 간의 상호작용하는 유전체를 분석하는 것이기 때문에 NGS 기술 없이는 그 상호작용에 의해 발생하는 복잡성을 이해할 수 없기 때문입니다.

 

 

• 마이크로바이옴은 우리 몸에 구체적으로 어떻게 영향을 끼치는가?

인간 체내에 있는 유익균, 유해균 등은 하나의 생태계를 이루며 상호작용하는데, 미생물들 간 다양성이 훼손되어 불균형이 발생하면 이를 디스바이오시스(Dysbiosis)라고 합니다. 디스바이오시스가 일어나면 1) 장내 세균 종 다양성 감소, 2) 염증 관련 유해균 증가, 유익균 감소, 3) 장내 세균 양 감소 등의 현상이 일어납니다. 이에 따라 우리 몸은 균형 상태의 마이크로바이옴이 제공했던 면역작용, 영양분 흡수, 행동 조절 등에 문제가 발생하게 됩니다.

 

즉, 마이크로바이옴 기술의 핵심은 우리 신체 내에 발생한 마이크로바이옴 불균형을 해소할 수 있느냐입니다.

 

• 그 해결책으로 제시되는 기술 3가지

프로&프리바이오틱스, 마이크로바이옴 이식, 마이크로바이옴 치료제

 

① 프로&프리바이오틱스

 

프로바이오틱스(Probiotics)는 적정량 섭취 시 체내 마이크로바이옴 생태계에 도움을 주는 균을 뜻합니다. 분말 등 제형을 섭취함으로써 체내에 유익균을 투입해 주는 개념으로, 상업적으로는 건강기능식품에 해당하여 이미 우리 일상생활 내에서 친숙하게 활용되고 있습니다. 플레인 요거트나 김치, 청국장 등이 프로바이오틱스의 범주에 해당됩니다.

 

프리바이오틱스(Prebiotics)는 유익균(프로바이오틱스)의 영양분입니다. 프로바이오틱스 증식을 위해 프리바이오틱스를 섭취하는 방식입니다. 대표적인 프리바이오틱스는 프락토올리고당으로, 당근이나 콩 등에 다량 함유되어 있고, 국내 주요 프로바이오틱스 업체로는 종근당, 쎌바이오텍, 일동제약 등이 있습니다.

 

② 마이크로바이옴 이식

 

마이크로바이옴 이식 (분변이식술)은 프로바이오틱스 대비 직접적인 접근법입니다. 정상인의 대변 중 1/3은 미생물인데, 그 미생물을 정제하여 용액으로 만든 뒤 환자의 장에 도포를 하는 방식입니다. 해당 요법의 단점은 시술 절차의 복잡함과 병원균 감염 가능성입니다. 내시경, 관장 등을 통해 환자의 장에 물리적으로 투약하여야 하며, 또한 이식받는 마이크로바이옴 내 병원균이 존재할 가능성이 있어 독성거대결장과 같은 부작용이 나타날 수 있습니다.

 

③ 마이크로바이옴 치료제

 

이러한 단점을 극복하고자 나타난 기술이 마이크로바이옴 치료제입니다. 기존 분변이식술(FMT, Fecal Microbiome Transplant)의 대안으로 분변 속 마이크로바이옴을 정제해 재조합하여 약으로 만드는 방식입니다. 분변이식술 대비 투약이 용이하고 (미국 세레스 사의 경우 경구용 제형 개발), 부작용이 적습니다. 무엇보다 기존 면역관문억제제와 병용투여를 통해 약효를 개선할 수 있다는 점에서 매력적입니다. 이는 개발사 입장에서 글로벌 빅파마와의 협업을 통한 기술이전을 기대할 수 있기 때문입니다.

 

그래서, 글로벌에서는 Seres Therapeutics, Enterome, 4D Pharma, 국내에서는 지놈앤컴퍼니, 고바이오랩, 천랩 등이 마이크로바이옴 치료제 개발을 주도하고 있습니다. 특히 이들 중 지놈앤컴퍼니는 머크, 화이자와 임상시험 협력 및 공급 계약을 체결하여 면역관문억제제인 키트루다, 바벤시오를 지원받은 바 있습니다.

 

• 한편, 마이크로바이옴 치료제에 단점이 존재함을 잊지말자.

마이크로바이옴 치료제는 1) 분변이식술 대비 안정성 2) 면역항암제와 병용투여 시 효과 개선 3) 적응증 확장의 용이함 4) 임상 시험에서 내약성(안정성)이 높아 안전하여 1상 실패 확률이 낮다는 것 등의 장점이 있지만, 개발에 있어서 크게 두 가지 어려움이 존재합니다. 바로 1) 유익균 규명과 2) 약물작용기전(MOA) 입증입니다.

 

① 유익균 규명 문제

 

유익균 규명 문제는 우리 몸에 존재하는 30조 마리 이상의 미생물 중 어떤 균이 적응증 기전에 영향을 끼칠 수 있느냐입니다.

 

하지만, 이 문제에 대해선 빠르게 해소될 가능성이 높습니다. 왜냐하면, NGS 기반 유전체 분석 비용과 소요시간이 점점 줄어들고 있기 때문에 마이크로바이옴 전체의 유전자 정보 뿐만 아니라, 미생물의 전사체, 단백체, 대사체 등에 대한 분석을 통해 인체에 영향을 미치는 미생물을 특정할 수 있기 때문입니다. 

 

② 약물작용기전 (MOA) 입증 문제

 

이 문제 역시 해결 가능할 것으로 보입니다. 2021년 네이쳐 마이크로바이올로지(Nature Microbiology)에 게재된 삼성서울병원-지놈앤컴퍼니 공동연구결과로 마이크로바이옴 치료제의 MOA가 조금씩 밝혀지고 있습니다.

 

연구진은 해당 연구를 통해 1) 동일한 유익균 종(Species)이라도 균주(Strain)마다 암 억제 정도가 다르다는 것, 2) 마이크로바이옴 균주가 면역항암제와 함께 투여될 경우 선천면역 기전을 활성화시켜 항암작용을 일으킬 수 있다는 것을 규명했다고 합니다.

 

• 그래서 결론이?

결국 나중에 돈이 될 것이 예상되므로 아직 연구 초기 단계일 때부터 관심을 가지고 지속적으로 지켜보자는 취지입니다.

 

 

3. 마이크로바이옴 시장 규모

 

4. 마이크로바이옴 주요 글로벌 기업 (부제: 언제부터 본격적으로 관심을 가져야 할까)

 

시총은 2021년 11월 기준

• 언제부터 본격적으로 관심을 가져야 할까

해당 주요 기업들의 연구 성과 공개 > 구체적인 질병에 적용 가능해지는 시점

 

• 왜 하필 그때?

글로벌 주요 3기업 (Seres Therapeutics, Enterome, 4D Pharma)에서 구체적 질병에 적용 가능한 마이크로바이옴 치료제가 나오게 되면, 이제 마이크로바이옴 레벨이 연구용이 아니라 상업용으로의 도약했다는 것을 눈으로 확인할 수 있고, 그것은 곧 투자자들이 우리나라에서는 어떤 질병에 대한 치료제를 개발하고 있는 기업이 없나하고 관심을 가질 것이고, 그런 상황 속에서 임상이 성공했다, 뭐 무슨 승인을 받았다 등의 뉴스 등을 통해 좋은 반응이 나오지 않을까 생각합니다.

 

5. 국내 마이크로바이옴 기업

 

지놈앤컴퍼니, 고바이오랩, 천랩, 제노포커스 등?