생명硏·표준硏 공동연구팀, 장내 미생물 단백질의 장 건강 유지 원리 규명

미생물 ‘아커만시아 뮤시니필라’가 만드는 ‘Amuc_1409’ 단백질이 핵심

국내 연구진이 장내 미생물이 장 건강을 유지시키는 핵심 요인 증명에 성공했다. 한국생명공학연구원(생명연)은 이철호, 김용훈 책임연구원팀이 장내 미생물에서 유래한 신규 단백질의 장 항상성 유지 원리 규명에 성공했다고 8일 밝혔다./ 그래픽=박설민 기자

우리 몸의 장기엔 흔히 ‘프로바이오틱스’라고 불리는 ‘장내 미생물군(probiotics)’이 살고있 다. 이들은 위장부터 소장, 대장까지 여러 기관에서 우리 몸에 필요한 물질을 생산, 소화기능과 면역체계를 강화하고 신경발달에도 영향을 미친다. 따라서 향후 장 노화 및 신형 치료제 개발을 위해선 어떤 장내 미생물이 유익한지, 또 어떤 작용을 하는지 밝혀낼 필요가 있다.

국내 연구진이 장내 미생물이 장 건강을 유지시키는 핵심 요인 증명에 성공했다. 한국생명공학연구원(생명연)은 이철호, 김용훈 책임연구원팀이 장내 미생물에서 유래한 신규 단백질의 장 항상성 유지 원리 규명에 성공했다고 8일 밝혔다. 이번 연구는 한국표준과학연구원 강덕진 바이오물질측정그룹 연구팀과 공동으로 진행했다.

장내에선 수명을 다한 장 상피세포는 떨어져 나가고 장 줄기세포에서 새로운 장 상피세포가 재생된다. 이것이 장이 건강한 상태를 유지하기 위한 순환 과정이다. 만약 노화 등으로 장 줄기세포 재생능력이 저하되면 장 상피세포의 불균형으로 이어져 소화 불량, 체중감소 등의 증상이 나타난다.

이때  장내 미생물 중 하나인 ‘아커만시아 뮤시니필라(Akkermansia muciniphila)’는 장 점막층에 서식하는 균주다. 장 건강 유지 기능과 함께 대사질환을 포함한 당뇨, 염증성 질환 및 암 개선에 도움을 주는 것으로 알려졌다. 하지만 정확히 어떤 방식으로 이런 유익 작용을 하는지에 대해선 밝혀진 바가 별로 없다. 아커만시아 뮤니시니필라가 장 내부에 유익한 성분이 어떻게 두꺼운 장 점막을 뚫고 장내에 도달하는지 규명이 안됐기 때문이다.

(왼쪽부터) 공동 교신저자 한국표준과학연구원 강덕진 책임연구원, 한국생명공학연구원 이철호 책임연구원, 공동 교신저자 한국생명공학연구원 김용훈 책임연구원, 제1저자 한국생명공학연구원 강은정 학생연구원, 공동 제1저자 한국표준과학연구원 김영은 박사./ 한국생명공학연구원

생명연·표준연 공동연구팀은 아커만시아 뮤니시니필라가 분비한 물질을 숙주세포까지 옮긴 후 효능을 발휘할 운반책이 있을 것이란 가설을 만들었다. 그 다음 생명연·표준연 공동연구팀은 ‘Amuc_1409’라고 불리는 단백질에 주목했다. 이는 인체 장 점막층에 살아가는 아커만시아 뮤시니필라가 장 점액을 먹고 만드는 단백질이다. 공동연구팀은 이 Amuc_1409가 효능 매개 물질일 것으로 예상했다.

이를 증명하기 위해 연구팀은 다양한 조건의 배양액의 단백체 분석 실험을 수행했다. 그 결과 Amuc_1409 단백질이 장 줄기세포의 재생 능력을 조절해 장이 항상성을 유지하는 데 중요한 역할을 한다는 사실을 밝혀내었다.

Amuc_1409는 인간과 마우스 장 오가노이드 모델에서 장 줄기세포 증식과 장 상피세포의 성장을 활성화했다. 또 방사선에 노출되거나 항암제로 인해 손상된 장의 재생을 촉진했다. 또한 실험용 쥐로 노화 관련 실험도 진행했다. 연구팀은 늙어서 장 줄기세포 재생능력이 떨어진 쥐에 Amuc_1409를 투여했다. 그 결과 장 줄기세포의 수와 재생 능력이 회복됐다.

연구팀은 이러한 장 건강 개선 효과는 Amuc_1409가 세포와 세포를 이어주는 분자인 E-cadherin(상피 카데린 단백질)과 결합해 상호작용한 후, 장 줄기세포의 재생 신호전달 체계를 활성화하기 때문이라고 그 원리도 밝혀냈다.

연구책임자인 이철호 책임연구원은 “그간 장 미생물 아커만시아 뮤시니필라가 분비하는 미지의 단백질이었던 Amuc_1409의 장 항상성 유지능력과 그 기전을 규명하는데 성공했다”며  “향후 노화 또는 손상에 의한 다양한 장 질환에서 장 건강 개선을 위한 새로운 치료제 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이번 연구 성과는 국제 저명 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 온라인판에 4월 6일자로 게재됐다. 연구는 과학기술정보통신부 ‘바이오의료기술개발사업’, 생명연 주요사업의 지원으로 수행됐다.

박설민 기자 ihatefree1@sisaweek.com