장내 미생물군: 오랜 가설에서 수백만 달러 규모의 산업으로
무게가 2kg에 달하며 평균적인 인간의 뇌보다 큰 신체 기관은 무엇일까요? 장내 미생물군이 가장 먼저 떠오르지 않을 수도 있지만, 생리학 및 병리학에 미치는 광범위한 영향력 때문에 '잊혀진 장기'로 불리고 있습니다.
20세기, 러시아의 미생물학자이자 노벨상 수상자인 엘리 메치니코프(Élie Metchnikoff)는 건강을 증진하고 노화를 늦추기 위해 요거트에 포함된 인체 친화적인 박테리아로 장내 미생물군을 조절할 수 있는 가능성을 처음 발견했습니다. 이 오랜 가설은 2010년대에 포브스(Forbes)가 미생물군의 10년(The Decade of the Microbiome)이라고 명명할 만큼 활발한 연구가 진행되면서 수백만 달러 규모의 산업으로 성장했습니다. 전 세계 인간 미생물군 시장은 2023년 2억 6,900만 달러 규모로 추산되었으며, 연평균 성장률(CAGR) 31.1%를 기록하며 2029년에는 13억 7,000만 달러에 이를 것으로 전망됩니다.
건강에 미치는 장내 미생물군의 영향
인간의 장에 서식하는 4대 주요 문(phyla)은 퍼미큐티스(Firmicutes, 락토바실러스 포함), 박테로이데테스(Bacteroidetes), 악티노박테리아(Actinobacteria, 비피도박테리아 포함), 그리고 프로테오박테리아(Proteobacteria)입니다. 인간의 미생물군은 소화관과 긴밀히 협력하여 소화관 성숙 지원, 병원균 및 독소에 대한 방어막 기능 제공, 면역 체계 발달 촉진이라는 다섯 가지 주요 기능을 수행합니다.
- 소화 촉진.
- 소화관 성숙 지원.
- 병원균 및 독소에 대한 방어막 기능 제공.
- 면역 체계 발달을 촉진하는 보호 역할 수행.
- 비타민 B를 포함한 필수 비타민 합성 지원.
장내 미생물군 내에 암호화된 방대한 유전 물질은 다재다능한 대사 능력을 갖춘 효소를 합성하고 단쇄 지방산, 담즙산, 트립토판 및 인돌 유도체, 신경전달물질과 같은 중요한 숙주 기능을 유지할 수 있습니다.
장내 미생물군에 대한 어떠한 교란이라도 병리학적 과정을 유발할 수 있으며, 이는 소화기 질환(예: 염증성 장질환), 신경퇴행성 및 대사 장애, 암 등으로 이어질 수 있습니다. 특히, 장과 중추신경계는 장-뇌 축(GBA)을 통해 소통하는 것으로 알려져 있습니다. 대부분의 위장 질환은 유전적 및 환경적 요인의 영향을 받는 GBA 내의 전달 체계 변화로 인해 발생합니다. GBA는 정신 및 소화기 건강과 관련된 점점 늘어나는 질환들을 위한 새로운 치료법 개발에 있어 매력적인 표적이 되고 있습니다.
장내 미생물군 연구 동향
CAS는 장/장내 미생물군/미생물과 관련된 25만 건 이상의 과학 논문(주로 저널 논문 및 특허)을 확인했으며, 그중 약 1만 5천 건이 정신 및 장 건강의 다양한 측면과 연결되어 있습니다. 미생물군 관련 문헌은 지난 10년간 급격히 증가했으며, 1997년부터 2022년까지 저널 논문은 꾸준히 지수함수적으로 성장했습니다(그림 1). 특허 수는 2004년까지 빠르게 증가했는데, 이는 지식의 초기 축적과 특허 가능한 응용 분야로의 전환과 관련이 있을 것으로 보입니다. 그 이후에는 활동이 정체되었습니다(그림 1).
정신 및 장 건강과 관련된 장내 미생물군 연구의 주요 출판 개념(총 약 4,500개)을 조사한 결과, "면역(immunity)"(4,000건 이상)과 "장내 미생물군(gut microbiome)"(3,500건 이상)이 해당 분야의 상위 개념으로 나타났습니다. "장-뇌 관계(gut-brain relationship)" 개념은 2021년과 2022년 사이에 가장 높은 성장률을 보였습니다(그림 1).
장내 미생물군과 정신, 대사 및 소화기 질환, 심혈관 및 신경퇴행성 질환, 각종 암, 면역 및 자가면역 질환 간의 상관관계가 확인되었습니다(그림 2).
분석된 문헌에서 주목할 만한 주요 트렌드는 병리학적 변화를 유발하는 마이크로바이옴 구조의 불균형인 디스바이오시스(dysbiosis)였으며, 그 외에도 우울증, 알츠하이머병, 파킨슨병, 신경 퇴행 등이 주요 주제로 나타났습니다(그림 3).
마이크로바이옴 산업의 주요 기업 및 기관
A 2022년 보고서에 따르면 130개 이상의 마이크로바이옴 기업이 200개 이상의 파이프라인 치료제를 개발 단계별로 평가하고 있습니다. 학술지 논문 발표를 주도한 주요 학술 기관으로는 유니버시티 칼리지 코크(University College Cork), 중국과학원(Chinese Academy of Science), 캘리포니아 대학교(University of California), 맥마스터 대학교(McMaster University) 등이 있습니다.
특허 활동과 관련하여 주요 대학 및 의료 센터로는 캘리포니아 대학교와 존스 홉킨스 대학교가 있으며, 아레스 메디컬(Ares Medical)과 머크(Merck)가 주요 특허권자로 이름을 올렸습니다(그림 4).
마이크로바이옴 연구에 대한 민간 투자가 급증하고 있으며, 이는 프리바이오틱스, 프로바이오틱스 및 장내 마이크로바이옴 전반의 임상적 잠재력을 뒷받침합니다. 이 산업에 대한 연평균 투자액은 2014~2017년 약 20억 달러에서 2021년 200억 달러를 넘어섰습니다. 이러한 투자 데이터는 바이오틱스와 그 치료적 잠재력에 대한 상업적 관심이 최근 들어 급격히 증가하고 있음을 명확히 보여줍니다.
주요 투자자로는 프랑스의 벤처 캐피털 그룹인 세벤처 파트너스(Seventure Partners), 미국의 생명과학 혁신 기업인 플래그십 파이오니어링(Flagship Pioneering), 영국의 생명공학 기업인 마이크로바이오티카(Microbiotica), 스웨덴의 프로바이오틱스 기업인 바이오가이아(Biogaia) 등이 있습니다.
정신 건강 및 소화기 질환 치료를 위한 임상 시험 현황
소화기 및 정신 건강 질환 치료를 위해 바이오틱스를 연구하는 다수의 주요 임상 시험이 완료되었거나 진행 중입니다(표 1).
표 1. 소화기 및 정신 건강 질환 치료를 위한 바이오틱스 관련 완료/진행 중인 임상 시험.
장 그 이상: 마이크로바이옴의 확장되는 잠재력
지난 10년간 우리는 체내 박테리아와 그것이 건강에 미치는 영향에 대한 인식을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 제약 업계의 관심이 높아짐에 따라 소화기 및 정신 건강 질환의 예방과 치료를 위한 마이크로바이옴 치료제 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 생명공학 기업, 학술 기관, 제약사 간의 긴밀한 협력이 이루어지고 있으며, 연구 관심사가 진화함에 따라 향후 더 많은 파트너십이 기대됩니다. 장-뇌 축(gut-brain axis)을 넘어 2차 시장이 피부과, 호흡기, 종양학 및 일반 라이프스타일 분야에서 부상하고 있으며, 이는 곧 마이크로바이옴 조절이 건강 최적화를 위한 필수적인 수단이 될 것임을 시사합니다.
