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미생물이야기 살아있는 유산균, 유전공학과 만나다
2013-08-02 12:27:35
이엠생명과학연구원

살아있는 유산균, 유전공학과 만나다

면역체계 불균형 회복 통해 과잉 염증반응 완화

건강에 대한 현대인의 관심이 고조되면서 건강관련 제품이 최근 각광받고 있다. TV CF를 통해 친숙한 요거트는 그러한 건강식품 가운데 하나이다. 요거트가 뜨고 있는 이유는 요거트 속에 살아있는 박테리아인 유산균(Probiotics)이 다량 함유돼 있기 때문이다.

유산균은 숙주생물에 도움이 되는 살아있는 미생물로 간주된다. WHO는 유산균을 적당한 양을 도입했을 때 숙주생물의 건강에 도움이 되는 살아있는 미생물로 규정했다. 락산 박테리아, 비피도 박테리아 등은 대표적인 유산균이다.

유산균, 염증성 장 질환 효과

유산균이 염증성 장 질환에 효과가 있다고 연구결과가 이미 보고된 바 있다. 2009년 과학저널 ‘American Journal of Physiology-Gastrointestinal and Liver Physiology’는 바실러스 박테리아가 대장염 생쥐 모델의 회복에 효과가 있다고 보고했다. 2010년 ‘Medical Microbiology’는 살아있는 유산균이 염증 반응을 줄이고 장에서의 면역 방어 기능을 증강시킨다는 점에서 염증성 장내 질환 치료에 효과적이라고 게재했다.

하지만 유산균 제품은 의약품이 아니라 일종의 식품으로 간주되기 때문에 의약품과 같은 엄격한 임상 실험을 요구하지 않으며 실제로 장내 질환에 효능이 있는지에 대해서는 과학계에서 의견이 분분한 것도 사실이다.

과학자들은 유산균들이 어떤 기작으로 장 질환에 영향을 미치는지 명확히 밝히지는 못했지만 기존의 연구는 몇 가지 가능성을 제시하고 있다. 이를테면 유산균이 일시적으로 장에 서식하는 좋은 균과 나쁜 균의 비율을 바꾸는 방법, 나쁜 균의 활동을 제한하는 방법, 방어역할을 하는 면역세포는 활성화하고 해로운 작용을 하는 면역세포의 기능을 막는 식으로 인간의 면역체계에 영향을 미치는 방법 등이다.

 

이런 가운데 최근 일군의 과학자들은 유전자를 조작한 유산균을 개발해 염증성 장내 질환에 효과가 있음을 규명했다. 염증성 장내 질환은 인체의 면역체계가 장을 과도하게 공격했을 때 일어나는 질환으로 크론씨병(만성장염), 궤양성 대장염 등이 있다. 장내 세포와 장에 서식하는 박테리아의 항상성을 조절하는 면역체계의 불균형은 염증성 장내 질환을 야기한다.

유전자 조작 유산균, 면역시스템 불균형 회복

미국 시카고 소재 노스웨스턴 의대 만수르 모하마드자데 연구팀은 락토바실러스 액시도필러스(Lactobacillus acidophilus)라는 요거트에서 쉽게 발견되는 유산균의 특정 유전자를 제거했다.

이 유전자는 포스포글리세롤 에스터라제(Phosphoglycerol esterase)라는 이름의 효소를 만든다. 이 효소는 박테리아의 막에 존재하는 일종의 막 단백질로 일반적으로 장에서 염증 반응을 유도하는 역할을 한다.

연구팀은 대장염과 결장염을 유도한 생쥐 동물 실험에서 13일 동안 유전자 조작 락토바실러스 유산균을 처리한 결과 95% 수준에서 결장염의 진행이 멈춘 것으로 나타났다고 과학저널 ‘Proceedings of the National Academy of Science, PNAS’ 최신호에 보고했다.

실험에서 생쥐들은 염증성 장 질환의 대표적인 중후인 몸무게 감소, 출혈성 설사 등의 증상이 나타나지 않았으며 유전자 조작 박테리아를 적용하지 않은 대조군에 비해 장 조직에서 염증 반응이 90% 이상 감소한 것으로 나타났다.

유전자 조작 유산균들은 염증이 발생했을 때 장내 세포들을 공격하는 매우 활동적인 면역세포들을 안정화했다. 이러한 염증 중화 반응은 이들 유산균들이 메신저 면역세포를 활성화함으로써 야기됐다. 메신저 면역세포는 조절 T세포의 생산을 늘리는 역할을 하는데 조절 T세포는 장내 염증 반응의 균형을 조절한다. 인간의 면역체계에는 병원균을 공격하는 T세포와 B세포도 있지만 이들 세포들의 전반적으로 운용하는 조절T세포도 존재한다.

유산균은 인체의 장에 서식하는 박테리아는 점에서 일반 의약품보다 안전하고 비용 면에서 경제적일 수 있다. 또한 인체에서 영구적이 아니라는 점에서 장점이 있다. 유산균 섭취를 멈춘 후 1주일 정도 지나면 그 유산균은 더 이상 존재하지 않는다.

이는 유산균이 영구히 체내에서 거주한다는 것이 아니라는 의미이다. 즉 염증 반응을 줄이는 능력이 일시적이라는 얘기다. 일시적인 것이 중요한 이유는 염증 반응 자체가 인체의 자연스러운 면역반응이기 때문이다. 모하메드자데 박사는 “과도한 염증 반응이 해로운 것처럼 인체 내의 효과적인 유산균의 제거는 그에 못지않게 중요하다”고 말했다.

염증은 혈관조직이 병원균 또는 상처 입은 세포와 같은 해로운 자극에 반응하는 생체작용이다. 염증은 상처받은 자극을 제거하기 위해 정상적인 과정이며 치유과정의 첫 번째 단계이다. 염증 반응이 일어나지 않으면 환자와 상처 입은 사람들은 치유될 수 없다. 문제는 정상적인 염증반응이 아니라 과도한 염증반응이다.

박테리아가 만드는 면역조절 물질 주목

살아있는 유산균에 유전공학을 접목했다는 점에서 연구팀의 연구결과는 흥미롭지만 인간을 대상으로 한 임상실험까지는 아직 규명해야 할 점이 많다고 과학계는 지적했다. 현재까지 락토바실러스 박테리아를 대상으로 한 어떤 종류의 의약품도 미 식품의약품안전청(FDA)는 허가한 바 없다.

 

연구팀은 인체 임상실험에 앞서 유전자 조작 박테리아에 대한 심도 깊은 연구를 수행할 계획이다. 만약 박테리아가 만드는 생체분자들 가운데 인간의 면역체계에 도움을 주는 물질을 찾을 수 있다면 이 생체분자를 기반으로 비슷한 효능을 나타내는 의약품을 만들 수 있기 때문이다.

연구팀은 결장암의 치료제로서 유전자 조작 유산균에 대한 연구도 계획하고 있다. 기존의 연구에서 결장암을 나타내는 쥐 모델 실험에서 유전자 조작 박테리아가 효과가 있다고 보고된 바 있다.

모하메드자데 박사는 “조절 면역세포는 몸 전체를 돌아다니기 때문에 염증을 감소시키는 박테리아의 능력은 장에만 국한되지는 않을 것”이라며 “류마티스성 관절염과 같은 다른 종류의 염증 질환에도 도움이 될 수 있을 것”이라고 기대했다.

이성규 객원기자 | henry95@daum.net




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