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KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-09-15
인체에 서식하는 세균들은 다양한 약물 유사분자(drug-like molecules)를 코딩하는 유전자를 포함하고 있을 가능성이 높다. 이번주 『Cell』에는 질 속에 서식하는 세균(vaginal microbe)이 생성하는 새로운 항생제에 관한 논문이 한 편 실렸다. 문제의 항생제는 락토바실러스균(Lactobacillus)이 생성하는 락토실린(lactocillin)으로, 락토바실러스 세균을 의학적으로 이용하는 새로운 지평을 열 것으로 보인다. "이번 연구는 항생제 분자를 생성하는 미생물총의 무한한 잠재력을 보여줬다"고 캐나다 라발 대학교 부속병원의 마크 퀠렛 박사(미생물학)는 논평했다.
선행연구에서는 "인체에 서식하는 마이크로바이옴(microbiomes: 인체 내에 서식하는 미생물 군집을 총칭하는 말)의 구성이 인간의 건강에 심대한 영향을 미친다"고 보고한 바 있지만, 실제로 그들이 어떻게 작용하는지를 정확히 밝혀낸다는 것은 매우 어려웠다(http://www.nature.com/news/microbiology-microbiome-science-needs-a-healthy-dose-of-scepticism-1.15730).
UCSF의 마이클 피시바흐 교수(미생물학, 화학)가 이끄는 연구진은 이 같은 난맥상을 타개하기 위해, 기계학습 알고리즘(machine-learning algorithm)을 구축했다. 즉, 연구진은 컴퓨터 프로그램을 훈련시켜, 특정 유전자(약물로 이용될 수 있는 소분자를 생성하는 유전자)를 인식하도록 만들었다. 그리고는 컴퓨터에게 명령하여, 인간의 마이크로바이옴에서 그와 비슷한 유전자를 찾아내게 했다. 그러자 컴퓨터는 인간의 전신에 서식하는 미생물들의 유전자를 검색하여, 수천 개의 약물생성 유전자들(drug-making genes)을 찾아냈다. 컴퓨터가 찾아낸 유전자 중에는, 이미 임상시험에 계류된 약물(예: 티오펩타이드)과 유사한 물질을 생성하는 것들도 있었다.
연구진은 미생물들이 생성하는 다양한 항생제들을 분리해 냈는데, 그 중 하나는 락토실린이었다. 락토실린은 티오펩타이드(thiopeptide) 계열의 항생물질로, 인간의 질 속에 일상적으로 서식하는 세균(Lactobacillu gasseri)이 생성하는 것으로 알려져 있다. 연구진은 락토실린의 항균 스펙트럼(예: 포도상구균)이 다른 티오펩타이드와 똑같다는 것을 확인했다. 연구진이 실험실에서 배양한 L. gasseri를 분석해 본 결과, 실제로 락토실린을 생성하는 것으로 밝혀졌다. "우리는 `항생제란 제약회사들이 개발하여, 의사들이 처방하고, 약사가 조제하는 것`이라는 고정관념에 사로잡혀 있다. 그러나 인체에 서식하는 미생물들은 스스로 항생제를 생성하여, 인체에 직접 공급하기도 한다"고 연구진은 말했다.
"이번 연구는 마이크로바이옴과 인체의 상호작용을 이해하는데 큰 도움이 될 것으로 보인다"고 J. 크레이그 벤터 연구소의 데릭 파우츠 박사(미생물 유전체학)는 논평했다. "이번 연구는 생물정보학(bioinformatics)의 힘을 보여준 사례다. 생물정보학은 단지 빅데이터 속에서 `흥미로운 세균의 유전자`들을 발견해내는데 머물지 않고, 발견해낸 유전자들이 인간의 건강에 미치는 영향을 이해하는 데 기여할 수도 있다"고 파우츠는 덧붙였다.
이번 연구는 마이크로바이옴을 이용한 신약개발 방법도 제시한 것으로 평가된다. 과학자들은 오랫동안 "인체의 공생세균들은 풍부한 신약의 원천"이라고 생각해 왔으며(http://www.nature.com/news/microbiome-therapy-gains-market-traction-1.15210), 많은 제약사들은 그러한 생각을 실현하려고 노력해 왔다(현재 피시바흐 교수는 2개의 제약사에 이와 관련된 자문을 제공하고 있다). "내가 아는 한, 인간의 마이크로바이옴에서 강력한 신약후보 물질을 분리해 낸 것은 이번 연구가 처음이다. 이번 연구는 새로운 의약품을 발굴하는 획기적인 플랫폼을 제시했다"고 콜로라도 대학교의 롭 라이트 교수(미생물 생태학)는 말했다.
현재 노바티스도 락토실린과 비슷한 약물을 개발하고 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 피시바흐 교수는 락토실린을 항생제로 개발하기보다는, 마이크로바이옴이 생성하는 새로운 물질을 추가로 발견하는 데 관심이 있다. 그러한 물질들을 연구하면, 마이크로바이옴이 인간의 질병 감수성(susceptibility to disease)에 영향을 미치는 메커니즘을 이해하는 데 도움이 되기 때문이다. "사람들은 `이로운 세균`이 인체 내에서 수행하는 역할을 정확히 알고 싶어한다. 인체 내의 미생물들이 그렇게 다양한 항생물질을 생성할 거라고 생각한 사람들은 별로 없었을 것이다. 그러나 그게 전부가 아니다. 나는 미생물들이 더 큰 일을 할 것이라고 믿는다"고 피시바흐 교수는 말했다.
※ 원문정보: Michael Fischbach, "A Systematic Analysis of Biosynthetic Gene Clusters in the Human Microbiome Reveals a Common Family of Antibiotics", Cell, Volume 158, Issue 6, p1402–1414, 11 September 2014.
http://www.nature.com/news/vaginal-microbe-yields-novel-antibiotic-1.15900
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