사람의 피부와 체강에는 다양한 세균, 고세균, 바이러스, 진균 등 미생물들이 존재한다. 이들 미생물의 집단을 마이크로바이옴(microbiome)이라고 부른다. 마이크로바이옴은 숙주인 사람과 생태적 공동체를 이뤄 상호작용을 하면서 건강 유지나 질환 발생에 중요한 작용을 한다.

황인상 기자 his@

인간의 장내에는 건강에 중요한 영향을 미치는 대부분의 미생물들이 살고 있다. 다양한 화합물을 생성해 음식 소화, 장내 분비 기능 및 신경 신호 조절, 면역력 강화, 약물 작용 및 대사 조절 등에 중요한 역할을 한다. 즉 장내미생물은 숙주 세포 증식 및 혈관 형성에 영향을 주어 광범위한 질환 치료에 효과가 있다.

장내 미생물의 신규대사체와 생합성 경로 최초 규명
김충섭 성균관대학교 약학대학 천연물화학생물학연구실 교수의 행보가 화제다. 미국 예일대 화학과에서 박사후과정을 밟으며 마이크로바이옴 연구세계에 입문한 김충섭 교수는 “인체 미생물들이 인간에게 중요한 역할을 한다는 걸 알고 있었지만, 어떤 과정으로 어떻게 영향을 주는지에 대한 연구는 아직 미진한 편이다”며 “이에 마이크로바이옴과 인간이 상호작용할 때 발생하는 매개물질, 즉 대사체에 주목해서 미국에서부터 연구를 시작했다”고 말한다. 현재 김충섭 교수팀은 마이크로바이옴 유래 생리활성 대사체의 분석·분리·구조규명, 마이크로바이옴 대사체의 생합성 경로 규명, 질환관련 특정 마이크로바이옴/인체유래 대사체 규명 등의 연구를 수행하고 있다. 그 결과 김 교수팀은 대장암을 일으키는 colibactin의 구조, 생합성경로, 작용기전을 밝혀냈다. 특히 이 연구 결과는 대장암을 예방할 수 있는 다양한 전략을 수립할 수 있는 중요한 성과로 평가받고 있다. 김 교수는 장출혈성 대장균의 병원성을 매개하는 신호전달물질로 보고되었던 autoinducer-3(AI-3)의 화학적 구조, 생합성 유전자 및 경로도 밝혀냈다.

▲ 김충섭 교수

이 연구 성과는 20년 가까이 풀리지 않았던 수수께끼를 풀어낸 중요한 결과로 인간의 병원성 대장균인 EHEC에 의한 감염의 예방 및 치료전략을 수립할 수 있는 기반자료가 될 것으로 기대된다. 뿐만 아니라 박테리아, 식물, 인간에 공통적으로 방어기전을 활성화시키는 신호전달물질을 밝혀냄으로써 생명체의 신호전달체계에 대한 기초적인 자료를 마련하는 한편, 특정 질환시 증가 및 감소하는 혈청 내 대사체를 분석함으로써 질환 바이오마커 규명에도 성공했다. 이러한 성과를 바탕으로 현재 천연물 화학생물학 연구실에서는 신약개발로 이어지는 연구를 수행하는 한편, 중소벤처기업부의 지원으로 기술이전을 통해 산업체와 함께 장내미생물이 만들어내는 특정대사체를 이용해 사람의 수면을 개선할 수 있는 건강기능식품도 개발 중이다. 김충섭 교수는 “대사체 연구를 통해 유익균은 더 유익하게 하고, 유해균은 억제하는 기술을 개발하고자 한다”며 “앞으로 사람의 피부, 구강, 생식기 등 다른 장기에 존재하는 마이크로바이옴으로 연구영역을 확장해 나아갈 것”이라고 청사진을 밝혔다.

2021년 학술연구지원사업 우수성과 50선 선정
최근 김충섭 교수는 2021년 학술연구지원사업 우수성과에 선정돼 부총리 겸 교육부 장관상을 수상하는 쾌거를 거두었다. 학술연구지원사업은 학술연구 우수성과를 발굴 및 확산하고 사업 추진에 기여한 연구자를 포상해 학술활동을 장려하기 위한 것으로, 교육부는 2020년 발표된 학술·연구지원사업 성과 2만4276건을 대상으로 공모와 추천을 통해 138건의 후보 과제를 접수했으며, 종합 평가를 거쳐 우수성과 50선을 최종 선정했다.

김 교수는 ‘인간의 건강·질병과 관련된 신규 마이크로바이옴 대사체의 발굴’이라는 성과명으로 이공분야(이공학학술연구기반 구축)에 선정되었다. 김충섭 교수는 “교육부 우수성과 50선에 선정되어 매우 기쁘다. 마이크로바이옴은 미래 헬스케어의 핵심연구 분야로서, 앞으로의 치료 패러다임을 바꿀 게임체인저가 될 것이라 생각한다”면서 “마이크로바이옴 관련 신약개발 및 바이오산업 활성화를 위하여 더욱더 노력하겠다”고 수상 소감을 밝혔다. 이어 “현재 국가나 산업계 모두 마이크로바이옴에 관심이 많다”며 “국가 과학기술 발전이나 기술의 상용화를 위해서 혼신의 힘을 기울여 향후 인류의 건강과 미래를 책임지는데 앞장서겠다”고 강한 포부를 밝혔다. NM