서울대학교 보건대학원

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인체질병의 연구를 위해서는 인체의 게놈 정보뿐 아니라 마이크로비옴 정보도 맞춤형의료에서의 질환규명 및 관리를 위해 필요하며, 보건학적 측면에서도 영양관리와 질환관리 등에 대한 포괄적 정보를 규명하고 제공하는 중심연구센터로서 역할을 수행하고 있다. 차세대 서열분석 기술, 미생물 다양성 관리 및 확보 기술, 대용량 자료 분석을 위한 생물정보학 기술 등 보건학, 생물학, 의학, 통계학, 컴퓨터공학 등 여러 분야에서 새로운 기술들이 발달하는 과정에서, 마이크로비옴의 중요성과 관련 연구가 활기를 띠는 만큼, 마이크로비옴 연구는 그 동안 알지 못했던 새로운 지식을 창출할 뿐 아니라, 이를 규명하기 위한 새로운 분석 기술을 개발하는 데에도 중요한 자원이 되고 있다. 마이크로비옴 연구센터는 마이크로비옴과 보건관련 기초 및 응용 연구성과 확보를 우선목표로 하며, 각종 국가차원의 연구센터로서의 기능, 추후 연구자원과 성과가 축적되고 센터 운영의 노하우가 정비되면, 참여연구자들 간의 협의를 통해 보건, 의학 및 생명과학 관련 다학제 교육 프로그램 및 산학협력 프로그램도 개발하여 교육센터로서의 기능,한국인 마이크로비옴 DB 등을 통한 정보를 제공하고 관련 파이프라인 및 분석 솔루션을 제공하는 정보센터로서의 기능을 하게 될 것이다. 위와 같은 기능의 수행을 위하여 한국연구재단 (National Research Foundation of Korea)으로 도약중점과제로써 2010-2015년까지 5년간 총 25억의 연구비를 지원받았으며, 본 연구센터 program이 IHMC (international human microbiome consortium)에 정회원으로 참여하게 되었다.

본 센터는 인체 마이크로비옴 (human microbiome)의 생물다양성 확보 및 관리기술의 중요성과, 인체 게놈 (human genome)
정보와 더불어 질환 진단 및 치료를 위한 맞춤형 의료서비스의 기초자료로서의 마이크로비옴 정보에 대한 필요성에 근거하여,
세계적인 연구 흐름에 비해 아직 미비한 수준인 국내 마이크로비옴 연구의 새로운 전기를 마련함으로써, 생명과학 및 보건의료
분야에서 주도적 연구를 수행하고자 출범하였다.

인체에는 사람세포 수에 10 배가 넘는 미생물이 존재하며, 이들에서 유래하는 유전자수는 인간 유전자수의 100배가 넘는 것으로 알려지고 있다. 인체 내에 존재하는 미생물의 집합체를 마이크로비옴이라 정의하며, 마이크로비옴은 인체와의 상호작용을 통해 인간의 생리 뿐 아니라, 건강 및 질환 현상에 큰 영향을 미치는 것으로 알려지고 있다.(Turnbaugh et al, Nature, 2007).
이를 통해, 마이크로비옴 연구는 게놈 규명 연구 이후에 질병의 원인규명과 예방에 필수적인 정보로 인식되기 시작하였으며, 국제적으로 그 중요성이 부각되고 있다.

2007년부터 미국에서는 Human Microbiome Project (HMP)가 5년 동안 NIH Roadmap for Medical Research에 포함되어 국가적인 지원을 받고 있으며, 2008년에는 미국, 유럽 등의 선진국이 주도가 되어 International Human Microbiome Consortium (IHMC)(www.human-microbiome.org)이 구성되는 등, 현재 마이크로비옴 연구는 전 세계적으로 주요한 보건의료이슈로 부상되어 전략적으로 활발히 진행 중이다. HMP 등의 마이크로비옴 연구과제는 인간게놈프로젝트의 연장선상에 있으며, 보건의료에서의 생물다양성 확보 및 관리에 필수적이고 인체건강에 가장 밀접한 연구로 볼 수 있다.

미국 National Institute of Health (NIH)가 주도가 된 HMP가 발족된 2005년 이후 마이크로비옴이 생명과학분야에서 주목을 받기 시작하면서 마이크로비옴과 인체건강과의 연관성에 대한 연구가 본격적으로 진행되었다.

Jeffrery Gordon 박사 (Washington 의과대학)가 미국 미주리주의 쌍둥이 코호트를 이용하여 사람의 비만도 역시 gut microbiota에 영향을 받는 것을 증명한 이후 최근까지 구강 (Bik et al, ISME J, 2010), 피부 (Costello et al, Science, 2009), 생식기 (Forney et al, JCM, 2010) 등의 micobiota 분석 연구가 미국과 유럽을 중립으로 활발하게 진행 중이다. 그러나, 대부분의 연구대상은 Caucasian 등의 유럽인과 African이며, 유전적, 식이적, 문화적 조건이 매우 다른 한국인을 비롯한 Asian에 대한 연구는 아직까지 매우 미비한 상태이다.
또한 현재까지 IHMC의 정회원으로는 미국, EU, 일본, 호주, 캐나다 등의 7개 국가의 기관이 가입하고 있으나 국내에서는 전략적지원의 부재 등으로 아직까지 IHMC에 정회원으로 가입되어 있지 않으며, 국내의 마이크로비옴의 연구수준은 아직 시작 단계이다.

우리 센터는 일반인 대상의 연구를 통해 마이크로비옴의 변이에 의한 건강 영향의 의미있는 결과를 확보하는 것이 어렵다는 단점을 인체의 쌍둥이 코호트(cohort)를 이용한 연구 방법으로 극복하고자 한다. 같은 일란성 쌍둥이 중에 질환의 큰 차이가 있는 쌍둥이(discortdant twin)가 있고 (예, 각각 비만과 정상인 쌍둥이 형제), 또 마이크로비옴의 차이가 있다면, 마이크로비옴과 질병과의 원인적 관련성을 평가하는 데에는 중요한 연구수단이 된다 (Poole et al, Arch Intern Med, 2000). 또한 Next generation sequencing (NGS)를 이용한 인체기관/질환별 통합적 마이크로비옴 분석은 국제 컨소시움에서도 시료확보 등의 어려움으로 계획되지 못한 매우 독창적인 연구이며, 본 연구를 통하여 한국인의 마이크로비옴에 대한 유전자 cataloging, 미생물 종 다양성 DB, 질환 관련 미생물 유전자 DB 등의 국가적으로 유용한 기초적인 데이터베이스의 구축이 가능하다.

또한, 본 연구팀은 최근에 ISME J 등에 발표한 국내유일의 NGS 기반 microbiota의 연구결과를 바탕으로, 본 과제를 통해 국제적으로도 갖추기 힘든 대규모 쌍둥이 코호트를 이용하여

1) 한국인의 장내, 호흡기, 피부, 구강, 성기 등에 존재하는 마이크로비옴 다양성 분석을 수행하고,

2) 인체질환과의 상관관계를 규명하며,

3) 관련 자료의 생물정보학적 DB를 구축하는 것을 연구의 최종목표로 한다.

본 연구의 주요 결과물은 한국인의 마이크로비옴 분석결과의 국내외에 정보제공 및 분석 관련기술을 제공하는 센터의 기능을 수행할 것이며, 생명과학 및 보건의료 분야에서 국내 연구진이 주도적 연구를 수행할 수 있는 계기를 마련 할 것이다.