최근 인간의 장내 마이크로바이옴을 특성화하고 이해하는 능력이 발전함에 따라 의료 과학자들은 소화관의 미생물 생태계가 장 건강부터 건강과 웰빙의 거의 모든 측면에 이르기까지 인간의 건강에 미치는 영향에 대한 흥미로운 인사이트를 얻고 있습니다.
이러한 인사이트는 이제 개인의 고유한 미생물 구성에 맞춘 정밀 의약품과 연구 및 임상 치료에 모두 유용한 임상 실험실 서비스 및 기술을 포함한 새로운 치료법의 길을 열어가고 있습니다.
Jeremy Lim 박사는 동남아시아 최초의 장내 마이크로바이옴 정밀 분석 회사인 AMILI의 공동 설립자 겸 CEO로서 아시아 태평양 지역에 마이크로바이옴 연구를 도입하고 아시아 인구에 적합한 마이크로바이옴 서비스에 대한 접근성을 확대하기 위한 노력을 이끌고 있습니다.
Lab Insights는 최근 Lim 박사를 만나 그가 어떻게 마이크로바이옴 연구에 뛰어들게 되었는지, 그리고 앞으로의 계획에 대해 자세히 알아봤습니다. 그의 회사와 광범위한 마이크로바이옴 과학 분야는 아직 초기 단계이지만, 이러한 추세는 향후 몇 년 안에 실험실 의학에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
공중 보건의에서 스타트업 창업자로
AMILI를 설립하기 전에 Lim은 이미 의학 및 공중 보건 분야에서 오랫동안 화려한 경력을 쌓았습니다. 그럼에도 불구하고 마이크로바이옴의 개념과 그 의미는 비교적 최근까지 그의 레이더망에 들어오지 않았습니다.
“5년 전에는 ‘마이크로바이옴’이라는 용어조차 몰랐지만 지금은 저에게 가장 흥미로운 분야입니다.”라고 그는 말합니다. 2019년 무렵, 당시 싱가포르 National University Hospital(NUH)에 재직 중이던 AMILI 공동 설립자 David Ong 박사와 Jonathan Lee 박사는 그에게 북미와 유럽에서 진행되고 있는 과학의 현황과 뛰어난 연구 성과를 강조했습니다.
Ong 박사와 Lee 박사는 2014년에 아시아 최초의 마이크로바이옴 이식을 수행한 NUH 팀의 일원이었지만, 그 이후 싱가포르와 동남아시아에서 연구와 발견은 더디게 진행되었습니다. 세 사람은 궁극적으로 이러한 유형의 연구를 아시아 태평양 지역에 도입하기 위해 AMILI를 설립했습니다.
“우리는 현지 및 지역별 솔루션이 얼마나 중요한지, 그리고 특히 다민족으로 구성된 아시아에서 얼마나 적은 연구가 이루어지고 있는지 깨달았습니다.”라고 Lim은 회상합니다. “우리는 너드 대학 교수들이지만, 스타트업을 설립하는 것이 이러한 상황을 가장 빠르고 민첩하게 변화시킬 수 있는 방법이라고 판단했습니다.”
Lim은 AMILI에서의 업무와 함께 National University of Singapore Saw Swee Hock School of Public Health의 Leadership Institute for Global Health Transformation 디렉터직을 맡고 있습니다. 또한 공중 보건 주제에 관한 글을 쓰고 정기적으로 강연을 하고 있습니다(그가 추진하고 있는 많은 이니셔티브 중 한 가지 예로 인기 있는 정밀 공중 보건에 관한 RED 2021 프레젠테이션을 참조하십시오).
그러나 AMILI가 주목을 받으면서 그는 영향력을 발휘하고자 하는 핵심 분야로 마이크로바이옴에 점점 더 집중하고 있습니다.
장내 마이크로바이옴이 중요한 이유는 무엇일까요?
AMILI는 장과 소화관의 다른 부분들에 서식하는 박테리아, 바이러스, 곰팡이의 집합체인 장내 마이크로바이옴이 인간 건강의 여러 잠재적 측면에 대한 열쇠를 쥐고 있다는 전제하에 설립되었습니다.
박테리아 16S rRNA와 샷건(보다 심층적이고 포괄적인) 염기 서열 분석의 등장 및 가용성 증가로 인해 최근 몇 년간 마이크로바이옴 연구가 폭발적으로 증가했습니다. 그 결과 장내 마이크로바이옴이 개인마다 놀라울 정도로 다양하다는 사실이 밝혀졌습니다. 추정치에 따르면 우리는 유전자의 99.9%를 공유하지만 마이크로바이옴의 20~30%만 공유한다고 합니다.
마이크로바이옴 연구는 또한 마이크로바이옴이 건강에 얼마나 큰 영향을 미치며 질병과 관련이 있을 수 있는지도 밝혀냈습니다. 이는 일란성 쌍둥이 간의 혈당 흡수를 크게 달라지게 하는 등 신진대사에 영향을 미칩니다[1]. 또한 내분비계[2], 행동[3], 면역계[4]를 조절하고 신경 퇴행성 질환[5]의 발병과도 관련이 있습니다.
이러한 영향을 감안하여 연구자와 임상의는 점점 더 마이크로바이옴을 활용한 맞춤형 치료를 모색하고 있습니다[6,7]. 또한, 2013년의 한 획기적인 연구에서 재발성 클로스트리듐 디피실레 감염을 치료하기 위한 대변 미생물총 이식(FMT)의 이점을 입증한 바 있습니다[8]. 건강한 기증자의 대변을 이 질환을 앓고 있는 사람에게 이식하는 FMT 과정은 다른 다양한 건강 질환에도 유용할 수 있는 것으로 보입니다.
Lim은 “마이크로바이옴은 건강에 최적화되도록 식품, 보충제, 의약품을 개인 맞춤화할 수 있는 방법을 찾는 데 있어 매우 자연스러운 출발점이 될 수 있습니다.”라고 말합니다. 그는 가까운 미래에는 오늘날의 줄기세포 이식 및 기타 시술에서와 마찬가지로 기증자와 수혜자의 마이크로바이옴 프로필을 일치시킬 수 있을 것이라고 생각합니다.
FMT에 대한 이해가 높아지면 이전에는 제대로 관리되지 않았던 질병에 대한 획기적인 치료법으로 이어질 수도 있습니다. 한 가지 예로, Lim 박사와 동료들은 FMT 이후 더 이상 증상이 나타나지 않는 ADHD 환자에 대한 놀라운 사례 연구를 발표했습니다[9].
정밀 장내 마이크로바이옴 – 아시아인에 의한, 아시아인을 위한 연구
AMILI는 아시아에서 장내 미생물총에 대한 전체 라이브러리를 구축하고, 연구를 촉진하며, FMT와 같은 치료법의 가용성을 확대하는 것을 목표로 합니다. 현재 싱가포르, 말레이시아, 태국에서 서비스를 제공하고 있으며 곧 필리핀, 베트남, 홍콩에서도 서비스를 출시할 예정입니다.
2022년 7월, 이 회사는 Microsoft의 공동 창립자인 故 Paul Allen이 설립한 생명과학 및 기술 투자사인 Vulcan Capital(현재 Cercano Management로 개명)이 주도하는 시리즈 A 펀딩 라운드에서 1,050만 달러의 자금을 조달했습니다. 이 라운드에 참여한 투자자로는 Emtek Group, Capital Code, Pureland Group, Blue7, Pruksa Group, TVM Capital Healthcare, 그리고 Enterprise Singapore의 투자 부문인 SEEDS Capital[10,11]이 있습니다. 이는 회사의 성장에 큰 힘이 되었습니다. AMILI는 현재 4개국에 30명의 직원을 두고 있습니다.
또한 AMILI는 싱가포르 National Cancer Centre와 협력하여 마이크로바이옴의 종단적 샘플링과 머신러닝 알고리즘을 결합한 대규모 코호트 연구를 통해 간암의 예측 요인을 파악하고 있습니다[12]. Lim 박사는 이 연구 결과가 의료계에서 마이크로바이옴에 대한 더 큰 인식으로 이어지기를 희망합니다.
그러나 이러한 혁신을 아시아를 비롯한 다른 지역에 도입하는 데는 어려움이 따를 것입니다.
우선, 마이크로바이옴을 이해하는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 약 100조 개의 박테리아 세포로 구성된 장내 마이크로바이옴은 놀라울 정도로 다양하며, 인체 세포보다 훨씬 더 많습니다. 또한 수백만 개의 유전자를 포함하는 1,000종 이상의 종으로 구성되어 있어 인간 유전체의 복잡성에 비할 바가 못 됩니다.
Lim은 건강한 장내 마이크로바이옴이 정확히 무엇으로 구성되는지 규명하는 데 여전히 어려움을 겪고 있다고도 지적합니다. 연구에 따라 유전, 식습관, 환경, 습관, 심지어 사회적 요인에 대한 노출과 행동까지 장내 마이크로바이옴의 구성에 영향을 미친다는 사실이 이미 밝혀졌습니다. 이는 장내 마이크로바이옴을 이해하는 데 복잡성을 더합니다.
Lim 박사는 또한 마이크로바이오믹스가 의학 커리큘럼에 추가되는 등 임상적으로 널리 인정받기까지 시간이 걸릴 것이라는 점을 인정합니다. 환자들은 대변 샘플링이나 FMT와 같이 민감할 수 있는 주제에 대한 낙인 때문에 마이크로바이오믹스 치료에 참여하기를 꺼릴 수 있습니다. 연구 및 상업 활동을 위한 자금 지원도 최근 몇 년 동안 많이 개선되긴 했지만 여전히 제한적입니다.
임상 마이크로바이옴 실험실에 대한 시사점
그러나 시간이 지남에 따라, 특히 마이크로바이옴 연구의 발전으로 임상적으로 검증된 개입으로 이어지는 더 많은 연구 결과가 도출된다면 이 분야는 아시아에서 더 큰 호응을 얻을 것입니다. 이는 임상 실험실에서 제공할 수 있는 새로운 서비스의 문을 열어줍니다.
예를 들어, 장기간 약물을 복용하거나 여러 가지 약물을 복용하는 환자들은 향후 정기적인 마이크로바이옴 프로필 염기 서열 분석을 통해 반응이 좋은지 나쁜지를 판단할 수 있게 될 것입니다. 더 많은 분석을 통해 최상의 투여 요법을 최적화하거나 예측하는 것이 가능해질 수 있습니다.
염기 서열 분석 기술은 비교적 보편화되었지만 대변 샘플에서 마이크로바이옴 유전학 물질을 추출하는 것은 매우 복잡하며 엄격한 추출 과정이 필요합니다. “AMILI는 여러 가지 추출 기술을 시험해본 후 최종적으로 자체 기술을 개발하여 염기 서열 분석 수율을 시험했습니다.”
염기 서열 분석 외에도 샘플 수집 및 처리 과정에서도 혁신의 기회가 많습니다. Lim은 이 프로세스를 완전히 성숙시키기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다고 생각합니다.
“모든 연구실에서 마이크로바이옴 시류에 편승할 때는 추출 과정에 주의를 기울여 주시기 바랍니다.”라고 Lim은 말합니다. “그러지 않으면 결과가 뒤죽박죽이 될 수 있습니다.”
참고 문헌:
[1] Berry, S.E., Valdes, A.M., Drew, D.A. et al. Human postprandial responses to food and potential for precision nutrition. Nat Med 26, 964–973 (2020). doi.org/10.1038/s41591-020-0934-0 (https://www.forbes.com/sites/annahaines/2021/07/23/this-diet-is-changing-the-way-we-think-about-nutrition/?sh=3c2d0211312a)
[2] Williams CL, Garcia-Reyero N, Martyniuk CJ, Tubbs CW, Bisesi JH Jr. Regulation of endocrine systems by the microbiome: Perspectives from comparative animal models. Gen Comp Endocrinol. 2020 Jun 1;292:113437. doi: 10.1016/j.ygcen.2020.113437. Epub 2020 Feb 12. PMID: 32061639.
[3] Socała K, Doboszewska U, Szopa A, Serefko A, Włodarczyk M, Zielińska A, Poleszak E, Fichna J, Wlaź P.The role of microbiota-gut-brain axis in neuropsychiatric and neurological disorders. Pharmacol Res. 2021 Oct;172:105840. doi: 10.1016/j.phrs.2021.105840. Epub 2021 Aug 24. PMID: 34450312.
[4] Wastyk HC, Fragiadakis GK, Perelman D, Dahan D, Merrill BD, Yu FB, Topf M, Gonzalez CG, Van Treuren W, Han S, Robinson JL, Elias JE, Sonnenburg ED, Gardner CD, Sonnenburg JL. Gut-microbiota-targeted diets modulate human immune status. Cell. 2021 Aug 5;184(16):4137-4153.e14. doi: 10.1016/j.cell.2021.06.019. Epub 2021 Jul 12. PMID: 34256014; PMCID: PMC9020749.
[5] Fang P, Kazmi SA, Jameson KG, Hsiao EY. The Microbiome as a Modifier of Neurodegenerative Disease Risk. Cell Host Microbe. 2020 Aug 12;28(2):201-222. doi: 10.1016/j.chom.2020.06.008. PMID: 32791113; PMCID: PMC7430034.
[6] Lee JWJ, Plichta D, Hogstrom L, Borren NZ, Lau H, Gregory SM, Tan W, Khalili H, Clish C, Vlamakis H, Xavier RJ, Ananthakrishnan AN. Multi-omics reveal microbial determinants impacting responses to biologic therapies in inflammatory bowel disease. Cell Host Microbe. 2021 Aug 11;29(8):1294-1304.e4. doi: 10.1016/j.chom.2021.06.019. Epub 2021 Jul 22. PMID: 34297922; PMCID: PMC8366279.
[7] Javdan B, Lopez JG, Chankhamjon P, Lee YJ, Hull R, Wu Q, Wang X, Chatterjee S, Donia MS. Personalized Mapping of Drug Metabolism by the Human Gut Microbiome. Cell. 2020 Jun 25;181(7):1661-1679.e22. doi: 10.1016/j.cell.2020.05.001. Epub 2020 Jun 10. PMID: 32526207; PMCID: PMC8591631.
[8] Terveer EM, Vendrik KE, Ooijevaar RE, Lingen EV, Boeije-Koppenol E, Nood EV, Goorhuis A, Bauer MP, van Beurden YH, Dijkgraaf MG, Mulder CJ, Vandenbroucke-Grauls CM, Seegers JF, van Prehn J, Verspaget HW, Kuijper EJ, Keller JJ. Faecal microbiota transplantation for Clostridioides difficile infection: Four years’ experience of the Netherlands Donor Feces Bank. United European Gastroenterol J.2020 Dec;8(10):1236-1247. doi: 10.1177/2050640620957765. Epub 2020 Sep 29. PMID: 32990503; PMCID: PMC7724536.
[9] Hooi SL, Dwiyanto J, Rasiti H, Toh KY, Wong RKM, Lee JWJ. A case report of improvement on ADHD symptoms after fecal microbiota transplantation with gut microbiome profiling pre- and post-procedure. Curr Med Res Opin. 2022 Nov;38(11):1977-1982. doi:10.1080/03007995.2022.2129232. Epub 2022 Oct 7.PMID: 36164761.
[10] https://www.amili.asia/media/
[11] https://www.mobihealthnews.com/news/asia/singaporean-gut-microbiome-firm-amili-brings-home-105m-series-funding
[12] https://www.nccs.com.sg/news/research/landmark-study-launched-to-detect-liver-cancer-early-in-singapore
