목 차

1. 서론
  1.1. 마이크로바이옴 연구의 배경
  1.2. 마이크로바이옴 연구의 필요성
  1.3. 마이크로바이옴 연구의 목적과 기대 효과
2. 본론
  2.1. 마이크로바이옴에 대한 개요
    2.1.1. 마이크로바이옴의 정의와 개념
    2.1.2. 마이크로바이옴의 구성 요소 및 건강/질병의 관계
  2.2. 마이크로바이옴 치료제
    2.2.1. 마이크로바이옴 치료제의 정의 및 작용 메커니즘
    2.2.2. 마이크로바이옴 치료제의 유형과 종류
  2.3. 마이크로바이옴 치료제의 응용 분야
    2.3.1. 소화기 질환에 대한 마이크로바이옴 치료제
    2.3.2. 피부 질환에 대한 마이크로바이옴 치료제
    2.3.3. 면역 질환에 대한 마이크로바이옴 치료제
  2.4. 현재의 연구 동향과 실제 적용 사례
    2.4.1. 최근의 연구 결과와 발전 동향: 사례
    2.4.2. 마이크로바이옴 치료제의 임상 시험 결과
  2.5. 마이크로바이옴 치료제의 잠재적인 장/단점
    2.5.1. 장점: 질병 예방 및 관리, 부작용 감소, 다양한 적용 가능성, 맞춤형 치료
    2.5.2. 단점: 개인 간 변이, 연구의 제한성, 규제 및 표준화의 어려움
3. 결론
4. 참고문헌


1. 서론

1.1. 마이크로바이옴 연구의 배경

마이크로바이옴(Microbiome)은 특정 환경 내의 미생물 집합체와 이들의 유전적 정보 전체를 의미하며, 최근 많은 관심을 받고 있는 연구 분야이다 [1]. 인간 마이크로바이옴은 우리의 몸에 서식하는 다양한 미생물들로 구성되어 있으며, 이들은 소화, 면역 조절, 병원균 차단 등 다양한 생리적 기능을 수행한다 [2]. 특히, 장내 마이크로바이옴은 소화기 건강뿐만 아니라 전신 건강에 중요한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 다양한 외부 자극에 의한 마이크로바이옴 불균형(Microbiome dysbiosis)이 대부분의 인간 질병과 연관되어 있다는 연구 결과들이 보고됨에 따라 마이크로바이옴 증강은 이러한 균형을 회복하고 유지하기 위한 다양한 전략이 효율적인 질병 관리를 위해 적용되고 있다 [3, 4].

1.2. 마이크로바이옴 연구의 필요성

최근 과학 기술의 발전으로 인해 인간 마이크로바이옴의 다양한 건강 및 질병에 대한 영향을 평가할 수 있게 되었고, 마이크로바이옴이 건강과 질병에 중요한 영향을 미치고 있다는 사실이 점차 밝혀짐에 따라, 이를 활용한 치료제 개발이 전 세계적으로 활발히 이루어지고 있다. 마이크로바이옴이 인간 건강에 중요하고 광범위한 역할을 하고 있기 때문에, 질병의 예방과 질병 관리를 위한 치료제로 사용할 수 있는 엄청난 잠재력을 가지고 있다. 마이크로바이옴 치료제는 기존의 화학적 약물과는 달리, 인체 내 자연적으로 존재하는 미생물을 이용하기 때문에 부작용이 적고 안전한 치료 방법을 제공할 수 있다 [5]. 그러나 마이크로바이옴의 복잡성과 사람 개인별 차이로 인해 이를 효과적으로 활용하여 개인 맞춤형 치료의 목표를 달성하기 위한 연구가 더욱 필요한 실정이다.

1.3. 마이크로바이옴 연구의 목적과 기대 효과

본 리포트에서는 마이크로바이옴의 정의와 개념, 인간 마이크로바이옴의 구성 요소, 마이크로바이옴과 건강/질병의 관계를 살펴보고, 마이크로바이옴 치료제의 개념, 작용 기전, 유형과 종류, 응용 분야, 현재의 연구 동향과 실제 적용 사례, 그리고 잠재적인 장단점을 체계적으로 분석하는 것을 목적으로 한다. 이를 통해 마이크로바이옴 치료제의 잠재력을 이해하고, 직면해 있는 몇 가지 주요 과제를 제시한다. 마이크로바이옴 연구의 기대 효과로 마이크로바이옴 치료제에 대한 전반적인 이해를 높이고, 현재 연구되고 있는 다양한 응용 사례와 임상 시험 결과를 바탕으로 실제 치료에 적용 가능한 전략을 모색할 수 있을 것이다. 또한, 마이크로바이옴 치료제의 장점과 단점을 비교 분석하고자 한다.

2. 본론

2.1. 마이크로바이옴에 대한 개요

2.1.1. 마이크로바이옴의 정의와 개념

인간 마이크로바이옴은 우리 몸에 서식하는 박테리아, 바이러스, 진균 등의 모든 미생물의 집합체와 이들의 대사산물, 생산물, 유전적 정보 전체를 포함한다 [1]. 이러한 마이크로바이옴은 소화 및 영양 흡수 개선, 면역 반응 조절, 병원균 억제, 정신 건강 및 뇌 기능, 체중 및 혈당 조절 등 다양한 방식으로 인간의 건강을 유지하는 데 중요한 역할을 한다 [6-9].

2.1.2. 마이크로바이옴의 구성 요소 및 건강/질병의 관계

인간 마이크로바이옴은 주로 장내 미생물, 피부 미생물, 구강 미생물 등으로 나눌 수 있다. 장내 미생물은 인간 마이크로바이옴의 가장 큰 부분을 차지하며, 수천 종의 박테리아가 존재한다. 피부와 구강 내에도 다양한 미생물이 서식하여 각각의 환경에 맞는 역할을 하고 있다 [2]. 예를 들어, 장내 미생물은 음식물 소화 및 영양소 흡수, 면역 체계 조절, 염증 반응 조절 등에 관여한다. 마이크로바이옴의 변화는 항생제 사용, 식이 변화, 생활 습관, 알코올, 감염 등에 의해 영향을 받을 수 있으며, 특정 미생물 군집의 불균형은 염증성 장 질환(IBD), 비만, 당뇨병, 우울증 등 다양한 질병과 연관이 있다. 그 외 미생물 군집의 불균형이 발생할 경우 파킨슨, 암, 피부 질환 등이 발생할 수 있다고 알려져 있다 [4, 10-12]. 따라서 미생물 군집의 균형을 잘 조절함으로써 건강을 증진할 수 있는 치료 전략이 전세계적으로 활발히 연구되고 있다 (그림 1) [3].

그림 1. 미생물 군 증강이 건강한 삶 유지에 미치는 역할(Gastroenterology Report, 2021)

2.2. 마이크로바이옴 치료제

2.2.1. 마이크로바이옴 치료제의 정의 및 작용 메커니즘

마이크로바이옴 치료제는 인간의 미생물 군집, 특히 장내 미생물의 균형을 조절하여 건강을 개선하거나 질병을 치료하는 약제를 의미한다. 이러한 치료제는 특정 유익한 미생물과 미생물의 성장을 촉진하거나 억제하는 물질을 포함할 수 있다. 작용 기전은 내재된 미생물 군의 구성을 변경(Modulatory), 유익한 미생물을 보충(Additive), 유해한 미생물의 성장을 억제(Subtractive)하여 장내 미생물의 균형을 유지하거나, 장내 미생물과 상호작용하여 면역 체계를 조절하고 염증 반응을 감소시킬 수 있다 [13] (그림 2).

그림 2. 미생물 군 기반 치료에 사용되는 다양한 접근법(Microbiome Therapeutics, 2023)

2.2.2. 마이크로바이옴 치료제의 유형과 종류

마이크로바이옴 치료제는 프리바이오틱스, 프로바이오틱스, 신바이오틱스, 포스트바이오틱스 등으로 분류된다. 표 1은 다양한 미생물 군 기반 치료법의 장점, 단점 및 미래 방향에 대해 요약하고 있으며 [14], 각각의 특징과 기초 및 임상 연구 진행 사항에 대해서 자세하게 서술하고자 한다.

표 1. 미생물 군 기반 치료법의 장점, 단점 및 활용 방안 [14].

□ 프리바이오틱스(Prebiotics)
숙주 미생물 군에 의해 선택적으로 이용되는 비소화성 식이 섬유나 올리고 당을 포함하며, 프룩탄, 갈락토올리고당, 자일로올리고당, 키토올리고당, 락툴로스, 폴리페놀 등이 있다. 이들은 특정 미생물의 식민지화를 촉진하고, 유익한 박테리아의 성장이나 활동을 증진시켜서 숙주에게 유익한 영향을 미친다 [15]. 많은 연구들은 프리바이오틱스는 비만, 염증성 장 질환(IBD), 면역 시스템, 정신 건강 등의 개선에 기여할 수 있음을 보여준다 [15].

□ 프로바이오틱스(Probiotics)
프로바이오틱스는 최근 10년간 "적절한 양으로 투여되었을 때 숙주에게 건강상의 이점을 제공하는 살아있는 미생물"로 정의되었으며, 제품에 따라 식품 보충제와 의약품으로 분류된다. 이상적인 프로바이오틱스는 종 특이적이어야 하고, 병원균이 없어야 하며, 숙주에게 유익한 영향을 미치고, 인간의 몸에서 생존할 수 있어야 한다 [16]. 유익한 생균을 포함하여 장내 미생물 균형을 개선하는 제품으로 락토바실러스(Lactobacillus), 비피도박테리움(Bifidobacterium), 스트렙토코거스(Streptococcus), 엔테로코커스(Enterococcus) 등이 있다. 건강상의 이점으로는 병원체 방어, 숙주의 면역 시스템 자극, 항균 생산 등이 있다 [17]. 프로바이오틱스 미생물은 인간의 장내 미생물의 균형에 긍정적인 영향을 미쳐 영양 건강과 상태를 개선한다 [18, 19]. 프로바이오틱스는 염증성 장 질환(IBD), 설사, 크론병, 궤양성 대장염, 암 등 여러 질병 치료에 효율적으로 사용되었다 [20-24]. 또한 피부 질환 치료를 위해 프로바이오틱스가 포함된 스킨케어 제품들이 개발되고 있다. 이러한 제품들은 아토피 피부염, 여드름, 건선 등에서 염증을 줄이고 피부 장벽 기능을 개선하는 데 도움을 줄 수 있다 [25]. 특히, 스트렙토코쿠스 써모필러스(Streptococcus thermophiles)를 포함한 크림은 아토피 피부염 환자의 피부 세라마이드 수준을 증가시키고 염증 증상을 감소시켰다 [26]. 비트레오실라 필리포르미스(Vitreoscilla filiformis)와 락토바실러스 존소니(Lactobacillus johnsonii)를 포함한 크림은 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)의 식민지를 줄이고, 아토피 피부염 증상을 개선하는 데 효과적이었다 [27]. 로제오모나스 무코사(Roseomonas mucosa)를 이용한 치료도 아토피 피부염의 증상을 감소시키는 데 긍정적인 결과를 보였다 [28].

또한 프로바이오틱스가 특정 생물치료제를 발현하도록 유전자 조작된 프로바이오틱스를 개발하여 질병 진단 및 치료를 위해 사용하려는 시도도 있다 (표 2) [29]. 프로바이오틱스는 현재 건강 시장에서 주요 지출의 원인이며, 수십억 달러 규모의 비즈니스로 성장하고 있지만, 의료계에서는 여전히 회의적으로 다루어지고 있으며, 그 효과는 논란이 되고 있다. 국제 가이드라인에서는 약물 연구에 사용되는 엄격한 설계 접근법을 사용한 프로바이오틱스 시험의 방법론적 개선이 권장되고 있다.

표 2. 유전자 조작 프로바이오틱스 전임상 및 임상 연구 [29].

□ 분변 미생물 군 이식(Fecal Microbiota Transplantation, FMT)
분변 미생물 군 이식도 프로바이오틱스로 간주될 수 있다. 분변 미생물 군 이식은 주로 재발성 클로스트리디움 디피실(Clostridium difficile) 감염 치료에 80~90%의 치료율을 보이며 안전하고 효과적인 치료법으로 국제 가이드라인에서도 이 치료에 대해 권장되고 있다 [30]. 건강한 기증자의 대변을 환자의 장내에 이식하여 건강한 마이크로바이옴을 복원하는 방법이다. 이는 높은 성공률을 보이며, 다른 장 질환 치료에도 잠재적인 응용 가능성이 연구되고 있다. 그러나 분변 미생물 군 이식은 심각한 부작용 비율이 낮다고 알려져 있음에도 불구하고, 단기 및 장기적으로 여러 안전 문제를 가지고 있다 [30]. 미국 식품의약국(FDA)에서 경고한 장내 다제내성 유기체의 전파 위험이 포함되므로, 전염성 질환의 전파를 막기 위해 기증된 대변에 대한 직접 분자 테스트와 같은 여러 조치들이 국제 가이드라인에서 권장되고 있다. 예를 들어 COVID-19 및 원숭이 두창 바이러스 등의 감염 문제를 해결하기 위해 기증자 선별 알고리즘이 계속해서 발전하고 있다 [31]. 현재의 선별 프로그램은 분변 미생물 군 이식의 단기 감염 위험을 크게 줄이는 것으로 나타났지만, 또 다른 중요한 안전 문제는 장기 데이터의 부족과 미생물 군 이식이 특정 질병 발병 위험을 증가시킬 수 있는 미생물 서명을 지속적으로 전파할 가능성을 배제할 수 없다. 이는 특히 불안정한 미생물 군을 가진 사람들(예: 어린이 또는 분변 미생물 군 이식을 반복해서 받는 경우)에서 문제가 될 수 있다 [31]. 국가 간 분변 미생물 군 이식 규제의 차이도 안전을 위협할 수 있는데, 이는 모호한 규제 분류가 덜 엄격한 기증자 선별을 허용할 수 있기 때문이다. 현재 분변 미생물 군 이식의 규제 분류는 광범위하며 크게 네 가지 접근 방식으로 나눌 수 있습니다. 분변 미생물 군 이식의 정의 방식은 약물, 조직, 의약품, 그리고 의료 행위 이 네 가지로 그룹화될 수 있다 [29]. 유럽의 여러 국가들은 분변의 내용물이 이질적이고 동적이며, 개인의 다양한 유전적, 후성 유전적 및 환경적 요인(생활습관, 질병, 치료, 나이 등)에 따라 매우 가변적일 수 있다는 이유로 분변을 약물로 분류하는 것을 중단했다. 지난 10년 동안, 분변 미생물 군 이식의 안전성을 개선하고 가용성을 높이기 위해 동결 분변, 분변 은행, 캡슐화 전달의 사용을 포함한 여러 발전을 통해 분변 미생물 군 이식 프레임워크가 현대화되었다. 분변 미생물 군 이식의 투여 과정도 지난 10년 동안 대장 내시경, 관장, 상부 내시경의 전통적인 방법을 넘어 진화해 왔다. 2014년부터 캡슐화된 분변 미생물 군 이식은 안전하고 효과적이며, 환자 친화적이고 지속 가능한 투여 방법으로 입증되었으며, 비전염성 만성 질환 치료를 위한 장기 요법으로도 활용 가능성이 높다. 하지만, 점점 더 많은 연구들이 비전염성 만성 질환에서의 분변 미생물 군 이식 역할을 조사해 왔지만, 클로스트리디움 디피실 감염에서 달성한 성공만큼 거두지는 못했다 [29]. 클로스트리디움 디피실 감염 치료를 위한 분변 미생물 군 이식 법과 표준화 측면, 비전염성 질환 치료를 위한 측면에서 안전성과 접근법 등의 이슈로 인해 아직 충분히 활용되지 않고 있다 [31].

□ 신바이오틱스(Synbiotics)
2020년에 신바이오틱스는 "숙주 미생물에 의해 선택적으로 이용되는 살아있는 미생물 및 기질의 혼합물로, 숙주에게 건강상의 이점을 제공하는 혼합물"로 정의되었다. 프로바이오틱스와 프리바이오틱스를 함께 사용하여 시너지 효과를 낼 수 있는 제품이다 [32]. 현재 증거는 임상 시험에서 신바이오틱스의 사용을 강력히 뒷받침할 만큼 충분히 확립되지 않았다. 따라서 2020년 국제 합의 패널에서는 적절한 설계와 충분한 힘을 가진 연구가 필요하며, 이를 통해 신바이오틱스에 대한 신뢰할 수 있는 증거를 구축할 것을 권장하고 있다 [32].

□ 포스트바이오틱스(Postbiotics)
미생물 대사산물을 치료제로 사용하여 인간의 건강을 증진시키는 것을 포스트바이오틱스라고 한다 (표 3) [29]. 유익한 미생물이 생성하는 대사산물은 에너지원으로 사용되거나, 병원균과 경쟁에서 우위를 점하거나, 면역 반응을 조절하는 등 숙주에 광범위한 영향을 미칠 수 있다. 또한, 이들은 장벽 기능, 장-뇌 축, 인지 기능, 심장 대사 질환, 그리고 암 치료 등에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다 [33]. 특히, 단쇄 지방산(Short-Chain Fatty Acids, SCFAs)은 인체에서 주요 에너지원으로 작용하며, 면역 및 대사 조절에 관여한다. 동물 모델에서 장 미생물이 생성하는 단쇄 지방산의 항염증 및 면역 조절 효과가 보고되어, 이를 여러 인체 실험에서 활용되었다 [33]. 소규모 연구에서 단쇄 지방산의 한 종류인 부티레이트(Butyrate)를 투여하여 궤양성 대장염의 염증을 개선하는 데 효과적임을 보고했다 [34]. 그러나 제1형 당뇨병에서 경구 부티레이트를 사용하여 자가면역 염증과 혈당 수치를 개선하려는 시도는 실패하였고, 오히려 분변의 부티레이트 수치가 감소하여 미생물 단쇄 지방산 생성에 대한 교란 가능성을 제기했다 [35]. 현재 단쇄 지방산 농도를 증가시키는 다른 접근법은 복합 탄수화물, 저항성 전분, 식이 섬유 등의 프리바이오틱스를 제공하여 박테리아의 단쇄 지방산 대사를 촉진하는 것이다. 그러나 이러한 접근법은 사람 개인 간의 변동성이 높은 것으로 보고된다. 예를 들어, 제2형 당뇨병 환자에서 식이 섬유는 아세테이트(Acetate)와 부티레이트 생성을 증가시켰으나, 그 일부만 혈당 조절이 향상됨을 보였다 [36]. 비만 여성에서 프룩탄 보충은 부티레이트 생성을 증가시키고 혈당 반응을 개선했지만, 건강한 성인에서 프리바이오틱 화합물을 식단에 추가하면 혈당 내성이 악화되고 대변의 부티레이트 수치가 감소했다 [37, 38]. 또한, 질 미생물 군이 생산하는 젖산(Lactic Acid)은 박테리아성 질염에서 혐기성 세균의 과도한 증식을 방지하는 데 중요하다 [39]. 그리고 장내 미생물은 숙주가 생성한 일차 담즙산(Bile acid)을 이차 담즙산으로 변환시켜 담즙산 스테로이드 수용체에 대해 반대 작용을 할 수 있게 한다. 그 예로, 장내 박테리아가 일차 담즙산인 케노디옥시콜산을 우르소데옥시콜산(UDCA)으로 변환시켜서 담즙산-FXR (Farnesoid X Receptor)의 길항제로 작용할 수 있게 한다 [40, 41]. 우르소데옥시콜산은 간 질환 치료에 전통적으로 사용되어 왔으며, 20세기 중반에 합성된 이후로 인간의 담즙 정체성 질환 치료의 표준이 되었다 [41]. 하지만 포스트바이오틱스가 숙주 생리작용에 미치는 복잡한 메커니즘을 풀어내는 것은 여전히 도전 과제로 남아 있다. 현재까지의 기전 연구는 주로 설치류 모델에서 적용되었기 때문에 인간에게 적용하는 데 어려움과 미생물 대사산물의 개인 간 높은 변동성 등의 문제점을 해결해야 할 문제이다. 개인 맞춤형 치료를 위해서 미생물 대사산물이 건강과 질병에 미치는 영향을 밝히기 위해 인간 대상의 추가 연구가 필수적이다.

표 3. 미생물 대사산물의 전임상 및 임상 연구 [29].

□ 박테리오파지 치료
박테리오파지(또는 파지)는 박테리아를 타깃으로 하여 인식하고 박테리아 세포 표면에 부착한 후 세포질로 그들의 핵산을 주입한다. 이후, 파지의 유전체가 박테리아 DNA를 분해하고 복제를 시작하여, 새로운 파지를 생성하고 박테리아 세포벽을 파괴하고 분비돼 다른 박테리아를 감염시킨다. 파지는 박테리아를 감염시키고 복제된 바이러스 입자를 생산하는 용균 주기(Lytic cycle)에서 박테리아를 파괴할 수 있지만 진핵 세포를 감염시키지 않기 때문에 100여 년 전부터 치료 잠재력을 가진 것으로 여겨진다. 항생제가 등장한 후 파지의 사용은 대부분 중단되었으나, 다제내성 박테리아 감염의 증가로 인해 다시 관심이 증가했다 [42]. 따라서 여러 가지 파지 컨소시엄이 개발되어 박테리아 표적을 목적으로 확장되고 있다 (표 4) [29]. 그람 음성의 막대 모양을 가진 비루모성 세균인 슈도모나스 아에루기노사(Pseudomonas aeruginosa)에 의한 만성 외이염 환자를 대상으로 한 무작위 대조 시험에서는 국소적으로 적용된 박테리오파지 칵테일이 임상 점수를 개선하고 박테리아의 성장을 억제했다 [43]. Intralytix에서 제조한 7개의 용균 파지 혼합물은 현재 크론병 환자에서 부착성 침습성 대장균(E. coli)에 대한 안전성과 그 효과를 평가하기 위해 임상 1/2상 시험에서 테스트 중이다. 염증성 장 질환(IBD)에 관련된 이 균주를 표적으로 하는 파지는 장 염증 마우스 모델에서 보호하는 역할을 하는 것으로 알려진다 [44]. 인간 코호트에서 염증성 장 질환(IBD)의 재발과 관련된 클렙시엘라 뉴모니아(Klebsiella pneumonia) 균주를 식별한 후, 특정 5-파지 컨소시엄이 마우스 모델에서 질병의 심각성을 완화시키는 것을 보였다 [45]. 또한 파지 요법은 간 질환에서도 좋은 결과를 보였다. 클렙시엘라 뉴모니아 균주를 표적 하는 용균 파지 PhiW14는 감염된 마우스에서 지방 간염을 개선했다 [46]. 마찬가지로, 세포 용해성 양성균인 엔테로코쿠스 페칼리스(Enterococcus faecalis)에 의해 촉진된 에탄올 유도 간 질환의 전임상 모델에서는 이 균주를 표적 하는 4개의 박테리오파지 혼합물이 간의 세포 용해성 수준을 감소시키고 인간화된 마우스에서 에탄올 유도 간 질환을 개선했다 [47].

표 4. 박테리오파지 치료의 출판된 전임상 및 임상 연구 [29].

□ 인공 미생물군 치료제
클로스트리디움 디피실 감염에서 분변 미생물 군 이식의 성공과 이로 인해 환자, 의사, 건강 기업의 장내 미생물 군에 대한 관심이 높아짐에 따라, 분변 미생물 군 이식의 한계를 극복하기 위한 새로운 치료법인 인공 미생물군 치료제가 등장했다 (표 5) [29]. 일부는 전체 미생물 군을 포함하고 있으며, 일부는 선택된 박테리아만 포함한다. 이러한 특정 치료 목적을 위해 인위적으로 설계된 미생물 집합체인 인공 미생물군 컨소시엄은 주로 클로스트리디움 디피실의 반복 감염(rCDI) 환자들을 대상으로 연구되었다. SER-109(Seres Therapeutics, Cambridge, MA, USA)은 조작된 기증자 분변에서 파생된 경구 박테리아 컨소시엄이다 [48]. SER-109 그룹의 클로스트리디움 디피실 감염 재발률은 12%였으며, 위약 그룹은 40%였다. 주로 그람 양성 세균의 퍼미큐츠(Firmicutes) 포자를 포함하고 있으며, 이는 미생물 다양성을 향상시키고 항생제 내성 종의 수를 줄이며 이차 담즙산 생산을 증가시켜 클로스트리디움 디피실 감염을 억제할 것으로 예상된다. 3상 시험에서 높은 용량의 가 재발 방지에 있어 위약보다 우수한 결과를 보였다 [48]. 이 긍정적인 임상 결과는 장내 미생물군의 유리한 변화와 연관되었다. RBX2660 (Rebiotix, Roseville, MN, USA)은 선별된 인간 대변에서 유래한 전체 미생물군 기반 컨소시엄으로, 관장을 통해 투여된다. RBX2660는 3상 임상 시험에서 높은 성공률을 보였고, FDA는 이를 재발 방지를 위한 생물학적 제품으로 승인했다 [49]. 이와 같은 인공 미생물군 치료제는 분변 미생물 군 이식의 한계를 극복하고, 일관성 있고 표적화된 안전한 제품을 통해 인간 장내 미생물군을 조절하는 것을 목표로 한다. 현재까지 연구가 주로 클로스트리디움 디피실 감염 환자에서 이루어졌지만, 다른 질병에서도 잠재적인 치료 효과가 기대되므로 이러한 치료제를 임상에서 더욱 널리 사용하기 위해서는 더 많은 과학적 연구가 필요하다.

표 5. 인공 미생물군 치료제의 출판 및 진행 중인 전임상 및 임상 연구 [29].

2.3. 마이크로바이옴 치료제의 응용 분야

2.3.1. 소화기 질환에 대한 마이크로바이옴 치료제

마이크로바이옴 치료제는 다양한 소화기 질환 치료에서 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 프로바이오틱스는 과민성 대장 증후군(IBS), 염증성 장 질환(IBD), 그리고 항생제 관련 설사 등에서 유익한 효과를 나타낸다. 이러한 치료제는 장내 유익한 미생물의 성장을 촉진하고, 장내 염증을 줄이며, 장벽의 기능을 강화하여 소화기 건강을 개선한다. 락토바실루스(Lactobacillus) 및 비피도박테리움(Bifidobacterium) 균주는 특히 이러한 질환 관리에 효과적이다 [50, 51].

2.3.2. 피부 질환에 대한 마이크로바이옴 치료제

마이크로바이옴 치료제는 아토피 피부염, 여드름, 건선, 그리고 피부암과 같은 피부 질환에서도 활용된다 [52]. 락토바실러스(Lactobacillus)는 피부 마이크로바이옴의 균형을 조절함으로써 염증을 감소시키고 피부의 보호 장벽을 강화할 수 있다 [53]. 스타필로코쿠스(Staphylococcus)와 같은 유익한 피부 미생물은 병원성 미생물의 성장을 억제하고 피부 건강을 촉진한다. 최근 연구에서는 프로바이오틱스와 프리바이오틱스를 포함한 스킨케어 제품들이 피부의 마이크로바이옴을 조절하여 광노화, 내인성 노화, 미백, 보습, 주름 등 피부 질환을 완화하는 데 도움이 된다고 보고하고 있다 [52, 54].

2.3.3. 면역 질환에 대한 마이크로바이옴 치료제

마이크로바이옴 치료제는 자가 면역 질환 및 면역 관련 질환에서 중요한 치료 전략으로 떠오르고 있다. 예를 들어, 장내 미생물의 균형을 조절하는 것은 다발성 경화증, 류마티스 관절염, 그리고 제1형 당뇨병과 같은 질환의 진행을 억제하는 데 도움이 될 수 있다 [55, 56]. 특정 프로바이오틱스는 면역 체계의 과도한 반응을 억제하고 염증을 감소시키는 효과가 있다. 이러한 치료제는 면역 체계의 균형을 유지하고 자가 면역 반응을 조절하는 데 유용하다.

2.4. 현재의 연구 동향과 실제 적용 사례

2.4.1. 최근의 연구 결과와 발전 동향

마이크로바이옴 연구는 최근 몇 년간 급격한 발전을 이루었다. 차세대 시퀀싱(Next-Generation Sequencing, NGS), 합성 생물학, 데이터 분석 기술 등 마이크로바이옴 연구를 지원하는 기술들이 발전함에 따라, 더 정교하고 효과적인 치료제 개발이 가능하게 되었다. 차세대 시퀀싱 기술의 발전으로 인해 장내 미생물 및 피부 미생물의 다양성과 그 기능을 더 깊이 이해할 수 있게 되었다 [57]. 이를 통해 연구자들은 마이크로바이옴이 인간의 건강과 질병에 미치는 영향을 규명하고 있으며, 특히 염증성 장 질환, 비만, 당뇨병, 정신 건강 문제와 같은 다양한 질환과의 연관성을 밝히고 있다. 마이크로바이옴의 기능을 강화하거나 회복시키기 위한 새로운 전략들도 개발되고 있다. 예를 들어, 특정 미생물 군을 표적 하여 이들의 성장을 촉진하거나 억제하는 맞춤형 프로바이오틱스와 프리바이오틱스가 연구되고 있다. 또한, 마이크로바이옴의 유전적 변형을 통해 특정 기능을 부여하는 합성 생물학적 접근법도 활발히 연구되고 있다.

2.4.2. 마이크로바이옴 치료제의 임상 시험 결과

□ 염증성 장 질환(IBD)
특정 프로바이오틱스가 염증성 장 질환(IBD) 환자의 증상을 완화시키는 데 효과적이라는 결과가 보고되었습니다. 예를 들어, VSL#3라는 프로바이오틱스 혼합물은 크론병 및 궤양성 대장염 환자에서 임상적으로 유의미한 개선을 보였다 [58, 59].

□ 비만과 대사 증후군
일부 연구에서는 특정 프로바이오틱스가 비만 환자의 체중 감소와 인슐린 감수성 개선에 기여할 수 있음을 시사한다. 비피도박테리움 브레베(Bifidobacterium breve)와 락토바실루스 가세리(Lactobacillus gasseri)가 이러한 효과를 나타낸다는 보고가 있다 [60, 61].

□ 정신 건강
마이크로바이옴과 뇌의 상호작용을 연구하는 '장-뇌 축' 연구에서는 특정 프로바이오틱스가 불안 및 우울증 증상을 완화할 수 있음을 보여주고 있다. 예를 들어, 락토바실루스 헬베티쿠스(Lactobacillus helveticus)와 비피도박테리움 롱검(Bifidobacterium longum)의 조합이 스트레스와 관련된 증상을 줄이는 데 효과적이라는 연구 결과가 있다 [62].

2.5. 마이크로바이옴 치료제의 잠재적인 장/단점

2.5.1. 장점: 질병 예방 및 관리, 부작용 감소, 다양한 적용 가능성, 맞춤형 치료

마이크로바이옴 치료제는 여러 면에서 혁신적인 장점을 제공한다. 질병을 예방하는 데 도움을 줄 수 있다. 프로바이오틱스는 장내 유익한 미생물의 균형을 유지하여 소화기 질환, 감염성 질환 등의 예방에 도움을 줄 수 있다. 또한 염증성 장 질환(IBD), 과민성 대장 증후군, 여드름 등과 같은 이미 존재하는 질병의 증상을 완화하거나 진행을 늦출 수 있다. 일반적으로 마이크로바이옴 치료제는 안전하고 부작용이 적기 때문에 다른 약물 치료에 비해 큰 장점이 될 수 있다. 자연적으로 존재하는 미생물을 이용하기 때문에 신체에 더 잘 받아들여질 가능성이 높다. 마이크로바이옴 치료제는 소화기 질환뿐만 아니라, 피부 질환, 면역 질환, 대사 질환 등 다양한 분야에 적용될 수 있다. 개인의 마이크로바이옴 구성에 따라 맞춤형 치료가 가능하여, 개인화된 의학 발전에 기여할 수 있다.

2.5.2. 단점: 개인 간 변이, 연구의 제한성, 규제 및 표준화의 어려움

개인의 마이크로바이옴의 구성과 반응이 각기 다르기 때문에, 동일한 치료제라 하더라도 그 효과가 상이할 수 있으며 이는 치료의 예측 가능성을 낮춘다. 이를 해결하기 위해서는 개인별 마이크로바이옴 데이터를 정확하게 분석하고 활용할 수 있는 기술이 필요하다. 마이크로바이옴과 건강 간의 관계에 대한 연구는 여전히 활발히 진행 중이므로, 완전한 이해와 적용에는 신중을 기할 필요가 있다. 많은 마이크로바이옴 치료제의 장기적인 효과와 안전성에 대한 데이터가 부족한 상황이다. 또한, 마이크로바이옴 치료제는 전통적인 약물로 분류되지 않기 때문에 규제 및 승인 절차가 명확하지 않을 수 있다. 이러한 상황에서 소비자에게 안전하고 효과적인 제품을 제공하기 위해 마이크로바이옴 제품의 품질과 효능을 표준화하고 제품의 일관성을 유지하는 데 어려움이 따를 수 있다.

3. 결론

장내 미생물군 조작은 감염성 및 비감염성 만성 질환 모두에 대해 유망한 치료 옵션으로 떠오르고 있다. 그러나 현재 사용되는 미생물군 조절제(프리바이오틱스, 프로바이오틱스, 신바이오틱스, 분변 미생물군 이식 등)는 여러 가지 문제로 인해 그 적용이 제한되고 있다. 여기에는 안전 문제, 관료적 및 규제적 장애, 그리고 불충분한 재현성과 정밀성이 등이 포함된다.

최근 몇 년간 ‘인공 미생물군 치료제”라는 용어로 묶인 제품들이 주류 의학에 등장했다. 이들에는 미생물군 컨소시엄, 박테리오파지, 미생물 대사산물, 유전자 조작된 프로바이오틱스 등이 포함된다. 이들 치료제는 특정 경로를 통해 장을 정밀하게 표적화할 수 있다. 예를 들어, 박테리오파지는 숙주의 미생물군의 특정 기능을 촉진하거나 억제할 수 있으며, 미생물 대사산물은 장 생태계에 직접적인 영향을 미칠 수 있다. 유전자 조작된 프로바이오틱스는 기존 프로바이오틱스의 기능을 강화할 수 있다. 여러 연구들은 인공 미생물군 치료제가 다양한 질환에 사용될 수 있음을 뒷받침하고 있으며, 일부 미생물군 컨소시엄은 이미 미국에서 반복적인 클로스트리디움 디피실 감염 예방을 위해 승인되었다. 그러나 임상 시험에서의 사용을 방해하는 장벽들이 여전히 존재한다. 여기에는 잠재적 비용, 유럽 및 북미 외 지역의 데이터 부족, 그리고 의료 커뮤니티의 문화적 준비 부족 등이 포함된다. 따라서 인공 미생물군 치료제의 임상 시험에서의 사용을 진전시키기 위해서는 과학적 및 교육적 노력이 결합되어야 한다.

이번 리포트에서는 마이크로바이옴의 정의와 개념, 마이크로바이옴과 건강/질병의 관계를 다루었다. 또한 마이크로바이옴 치료제의 정의, 작용 메커니즘, 유형과 종류, 응용 분야, 그리고 현재의 연구 동향과 실제 적용 사례를 통해 마이크로바이옴 치료제의 잠재적 장단점을 분석하였다. 연구 결과에 따르면, 마이크로바이옴 치료제는 소화기 질환, 피부 질환, 면역 질환 등 다양한 건강 문제에 효과적으로 사용될 수 있다. 마이크로바이옴의 균형을 맞추고 유지하는 것이 건강 유지에 중요하며, 이는 예방적 차원뿐만 아니라 질병 관리에도 중요한 역할을 한다.

마이크로바이옴 치료제는 미래의 중요한 의료 혁신 중 하나로 자리 잡을 것이며, 이에 대한 지속적인 연구와 투자가 필요하다. 이러한 연구를 통해 우리는 더 건강한 삶을 영위할 수 있는 새로운 길을 열어갈 수 있을 것이다.

4. 참고문헌

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