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차세대 바이오산업의 핵심 ‘마이크로바이옴’ (2020-03-13)

지난해 식품의약품안전처가 발표한 자료에 따르면 프로바이오틱스는 전년 대비 27%의 성장률을 보이며 건강기능식품 품목에서 가장 빠른 성장세를 보이고 있다. 프로바이오틱스가 이처럼 각광받고 있는 이유는 무엇일까? 바로 ‘마이크로바이옴’이 활용된 제품이기 때문이다. 

마이크로바이옴의 파급효과는 식품, 화장품부터 치료제, 진단의 헬스케어 분야까지 산업 경계를 넘나들며 커지고 있다. 마이크로바이옴은 ‘제2의 장기’ 또는 ‘인간의 두 번째 게놈’이라는 별명과 함께 인간 건강에 끼치는 영향이 부각되면서 세계 각국에서 지속적 R&D 투자가 이뤄지고 있다.


마이크로바이옴이란?
1990년 미국 주도의 다국적 연구 컨소시엄이 이끈 인간게놈프로젝트(Human Genome Project)가 인간 유전체 분석을 완성했을 때, 세계는 이 정보가 많은 질병과 노화의 숙제를 단번에 풀어 줄 것이라고 기대했다. 

하지만 예상외로 인간게놈은 단순했다. 당초 약 10만 개의 유전자가 존재할 것이라고 예상하고 프로젝트에 27억 달러의 투자 비용이 들었지만, 분석 결과 인간은 초파리와 비슷한 2만 개 정도의 유전자만 가지고 있었다. 이후 학계는 인체의 복잡성을 설명하기 위해서는 인체 내 공존하는 미생물과 그 유전자의 관계를 이해할 필요가 있음을 알고 미생물 유전자로 연구 범위를 확장했다.

인간게놈해독 이후 2000년부터 수많은 과학자는 인간의 건강과 질병을 이해하기 위해 인체 내 미생물 유전자 정보를 연구하기 시작했다. 특히 2001년 브리티시컬럼비아 대학의 데이비스(J. Davies) 교수는 사이언스(The Science)지 기고를 통해 인체에 살고 있는 1,000여 종의 상재균 및 이들의 200만~400만 개 유전자 정보를 통해 인체의 건강과 질병을 이해할 수 있다고 주장했다. 이후 인체 미생물의 유전자목록을 작성하는 세컨드게놈프로젝트(A second genes and genomes)는 뜨거워졌다.


사전적으로 마이크로바이옴(Microbiome)은 ‘미생물(Microbe)과 생태계(Biome)의 합성어’이다. 마이크로바이옴이라는 용어는 노벨 생리의학상 수상자인 컬럼비아대학 레더버그(Lederberg) 교수와 하버드의대 맥크레이(McCray) 교수의 2001년 사이언스지 기고를 통해 최초로 정의됐다. 논문에서는 “마이크로바이옴은 인체에 존재하며 우리 몸을 함께 공유하며 살고 있지만, 그동안 건강이나 질병의 원인으로 거의 간과되어 온 상재균·공생균·병원균 등 모든 미생물들의 총합”이라고 정의한다. 현재 마이크로바이옴은 광의적으로 인간뿐만 아니라 동물과 식물의 세균, 바이러스, 곰팡이 등 미생물을 포괄하는 용어로 사용하고 있다.

인체에 존재하는 마이크로바이옴은 인체를 공유하며 살고 있지만, 그동안 건강이나 질병의 원인으로 거의 무시되어 온 상재균, 공생균, 병원균 등 모든 미생물들의 총합이다. 체중의 1∼3%에 불과하지만, 영양분 흡수, 약물대사 조절, 면역작용, 뇌/행동 발달 등 인체에 매우 중요한 역할을 담당하고 있다. 

마이크로바이옴의 95%가량은 장을 포함한 소화기관에 존재하지만 호흡기, 생식기, 구강, 피부 등에도 널리 분포하고 있으며, 신체 부위에 따라 서식하는 미생물의 종류와 구성이 다양하다. 인간의 몸에는 2만 2,000여 개의 유전자가 존재하는 것에 비해 미생물이 갖고 있는 유전자의 수는 인간보다 수백 배 이상이며, 모든 인간 유전체는 99.9%가 동일한 반면 마이크로바이옴은 80∼90%가 서로 다른 것으로 알려져 있다.


마이크로바이옴의 부상 배경 

마이크로바이옴이 활발히 연구되는 중요한 배경에는 기술적인 발전이 있다. 과거에는 30억 쌍 인간 유전자를 분석하는 데 15년 동안 30억 달러가 들었다. 그러나 차세대 염기서열 분석기술(Next Generation Sequencing: NGS)이 꾸준히 발달해 하루 동안 1,000달러로 분석이 가능해졌으며, 이제 100달러로 분석 가능한 시대를 코앞에 두고 있다.

유전체 분석 기술의 비약적인 발전은 인간 게놈보다 수백 배 이상의 유전자를 가진 마이크로바이옴 분석을 초고속으로 진행하도록 힘껏 도와주고 있다. 게다가 발전한 오믹스 기술도 결합하면서 마이크로바이옴 각각의 특성과 생태계 내 작동기전 분석까지 가능해졌다. 마이크로바이옴에 대한 새로운 기능 및 작용에 대한 정보가 축적되면서 식품과 제약 기업에 새로운 제품 개발에도 큰 영향을 주고 있다.

이와 같이 인체에 중요한 역할을 수행하는 마이크로바이옴은 소화기, 호흡기, 구강, 피부, 생식기 등 모든 신체 부위에 다양한 종류와 구성으로 존재한다. 무엇보다 마이크로바이옴이 그동안 풀지 못했던 암을 포함한 많은 질병을 예방하고 치료할 수 있다는 기대감에 따라 마이크로바이옴은 단기간에 학계뿐만 아니라 산업계의 관심을 받기에 충분했다.


프로바이오틱스가 시장 주도  

마이크로바이옴의 시장 내 주요 기술에는 프로바이오틱스(Probiotics), 프리바이오틱스(Prebiotics), 표적 항균제(Targeted Antimicorbials)가 있다. 프로바이오틱스는 적당한 양 섭취 시 인체에 도움을 주는 살아있는 세균을 총칭하는 말로, 쉽게 말해 유익균이다. 대표적으로 락토바실러스균, 비피더스균, 엔터로콕쿠스균이 있다. 

프리바이오틱스는 프로바이오틱스의 영양분으로서 장내 환경 개선에 도움을 주는 것이다. 대부분 식이섬유 형태나 올리고당류의 탄수화물로 구성돼있다. 대표적으로 이눌린이 있다. 표적 항균제는 항미생물제라고도 한다. 이는 미생물의 성장과 생존을 억제할 수 있는 천연·합성 화합물이다. 유익균에 해가 되지 않으면서 명확하게 병원성 미생물만 목표로 삼는 기술이 핵심이다. 

이처럼 마이크로바이옴 기술은 다양한 산업에서 응용이 확장되고 있으며, 이중 프로바이오틱스와 프리바이오틱스가 높은 매출 잠재력을 가진 것으로 분석된다.

마이크로바이옴의 활용 산업 분야는 아래 세 가지 시장으로 나눌 수 있다.

① 식음료 시장은 2019년 747억 달러로 가장 큰 시장규모를 가진다. 해당 시장은 연평균 7.7%로 2023년에는 1,004억 달러로 커질 것으로예상된다. 현재는 프로바이오틱스와 프리바이오틱스가 유제품을 위주로 식음료 시장을 위주로 형성되어 있지만 타 영역까지 확장하며 전체시장을 견인할 것으로 전망한다.

② 가장 빠른 성장률을 보이는 것은 화장품을 포함한 퍼스널케어로 고령화와 웰빙의 소비 트렌드와 맞물려 2019년 2.3억 달러에서 2023년4.7억 달러까지 연평균 19.6% 성장을 예상한다. 마이크로바이옴은 노화방지, 피부 및 모발 관리 등에 도움이 되어 많은 신규 화장품 회사나기존의 대형 화장품 회사의 신제품 개발에 적극 활용되고 있다.

③ 헬스케어 분야의 경우 2019년 59.5억 달러에서 2023년 75.5억 달러로 연평균 6.1% 성장이 예상된다. 제약 업체에서는 마이크로바이옴 기반의 소화기질환 치료제 등 다양한 약을 개발 중이며, 진단 업체는 개인 맞춤이 가능한 진단 제품을 개발하고 있다.

<자료 참조 : 삼정KPMG 경제연구원>

 

최민호 기자fmnews@fmnews.co.kr

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