감염성 질환 등 다양한 미생물 관련 질환에도 적용 가능해

   장 조직 내 세균의 위치를 확인하면서 동시에 사람의 장 세포 유전자 발현을 확인할 수 있는 기술이 개발됐다.

연세대 의대 의생명시스템정보학교실 박유랑 교수, 장수영 강사와 세브란스 어린이병원 소아소화기영양과 고홍 교수 연구팀은 장 조직 내 미생물-인간 유전자 동시 분석 기술을 개발했으며, 이 기술을 통해 크론병의 예후 예측과 치료 전략을 설정할 수 있다고 8일 밝혔다.

이번 연구 결과는 국제학술지 ‘마이크로바이옴(Microbiome, IF 12.7)’에 게재됐다.

크론병은 소장과 대장을 포함한 소화기관에서 발생하는 염증으로 인해 혈변, 복통, 설사 등의 증상이 만성으로 나타나는 난치성 질환이다. 만성 염증이 조절되지 않는 경우 장 천공, 협착 등 심각한 합병증으로 이어질 수 있다.

크론병은 장 내 미생물과 사람의 면역 시스템 사이의 이상 상호작용으로 인해 발생하는 것으로 알려졌다. 실제 세포 수준에서 장 내 미생물과 사람의 면역 시스템이 상호작용하는 것을 확인하는 것이 크론병의 정확한 병인 기전을 이해하고 효과적인 치료 전략을 수립하는데 중요하다. 또한 장 내에서 크론병 발생을 억제하거나 증상을 완화시킬 수 있는 유익한 세균 균주를 정확히 식별하고 이를 활용한다면 미생물 기반의 치료법도 개발할 수 있다.

연구팀은 장 조직 내에서 세균의 위치를 확인하면서 동시에 사람의 장 세포 유전자 발현을 확인할 수 있는 ‘미생물-인간 유전자 발현 프로파일링 파이프라인’을 개발했다. 이 기술은 인체 조직의 RNA 발현뿐만 아니라 인체 조직 내 침투한 미생물의 RNA를 동시에 검출하고 그 연관 관계를 분석하는 기술이다. 이를 통해 특정 미생물의 분포로 나타나는 사람 세포의 반응을 높은 수준의 해상도로 확인할 수 있다.

▲ 그림 설명: 크론병 환자의 장 조직을 분석한 결과, 크론병 장 조직에서 염증이 심한 부위에서 미생물의 분포가 크게 증가하는 것으로 나타났으며, 미생물의 분포 정도가 클수록 재발 기간이 짧고, 중증도가 큰 것으로 확인됐다.

개발한 파이프라인 기술을 이용해 크론병 환자의 장 조직을 분석한 결과, 크론병 장 조직에서 미생물의 분포가 정상 장 조직에 비해 현저히 증가돼 있음을 확인했다. 특히 염증이 심한 부위에서 미생물 분포가 더욱 크게 증가하는 것으로 나타났다. 또 이러한 미생물의 분포 정도가 환자의 질병 재발 시기, 내시경 검사에서 확인되는 중증도와 강한 연관성을 보여, 미생물 분포를 통해 크론병 환자의 예후를 예측할 수 있는 가능성도 확인했다.

연구팀은 미생물의 존재에 따른 인체 세포의 세포 사멸 정도를 확인했다. 이를 통해 크론병과 관련된 다수의 유익균 후보와 병원균 후보를 식별했으며, 이 중 일부는 기존에 보고되지 않은 새로운 치료 후보 세균 군주도 발견했다. 또한 미생물의 종류에 따라 발현이 유도되거나 발현이 저해되는 RNA를 확인해 미생물과 장 내 사람 세포 간의 상호작용을 추정했다.

고홍 교수는 “이번 연구에서 개발한 장 조직 내 미생물 프로파일링 기술은 크론병뿐만 아니라 다양한 미생물 관련 질환 연구에도 적용할 수 있는 방법”이라며 “특히 유익균과 병원균의 식별을 통해 미생물 기반 치료 전략 개발과 환자의 예후 예측, 치료 방향 설정 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다”라고 말했다.

한편, 이번 연구는 한국보건산업진흥원의 융합형 의사과학자 양성 사업, 산업통상자원부 및 한국산업기술기획평가원의 바이오산업기술 개발 사업, 과학기술정보통신부 및 한국연구재단의 바이오 의료기술 개발 사업의 지원을 받아 수행됐다.