▲윗쪽 왼쪽부터 시계방향으로 공동저자 손예슬 박사후연구원, 제1저자 정광보 박사후연구원, 제1저자 권오만 박사, 제1저자 이하나 박사후연구원, 연구책임자 손미영 박사.(사진=한국생명공학연구원)

국내 연구진이 오가노이드로 유산균 효능 검증 모델을 개발하고 이를 활용해 신규 유용 유산균을 발굴했다.

한국생명공학연구원(원장 김장성) 손미영·박두상 공동연구팀은 세계 최초로 인간 장(腸) 오가노이드(organoid, 장기유사체) 모델을 이용해 장 발달 촉진과 염증성 장 질환 보호 효과를 검증한 신규 유산균을 발굴하는 데 성공했다고 지난 17일 밝혔다.

향후 인체의 장 건강에 유용한 신규 유산균과 유산균 대사산물인 포스트바이오틱스 발굴에 크게 이바지할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

리모실락토바실러스 루테리(Limosilactobacillus reuteri, 이하 루테리)는 인간을 포함한 포유류의 위와 장을 비롯한 다양한 자연환경에서 발견되는 유산균으로, 다른 유산균에 비해 질병과 감염 예방에 효과가 뛰어나며, 항균물질인 루테린을 생산하는 것으로 알려졌다.

최근 다양한 세포로 분화할 수 있는 전분화능 줄기세포에서 유래한 장 오가노이드 기술이 비약적으로 발전하면서 유산균 효능 평가의 새로운 플랫폼으로 주목받고 있다.

지금까지 효능 평가에는 배양된 장 세포주나 생쥐 모델이 주로 이용되었으나, 실제 인간 장과는 유사성이 낮은 한계가 있었다. 

그러나 전분화능 줄기세포 유래 장 오가노이드는 기능 차원에서 인간의 장을 정확히 모사할 수 있으며, 태아의 미성숙 장과 비슷한 특성이 있어 초기 장 발달 과정을 살펴볼 수 있다는 장점이 있다.

이에 연구팀은 신규 루테리 유산균(L. reuteri DS0384)을 발굴하고, 인간 장 오가노이드 플랫폼을 이용하여 유산균의 장 발달 효과와 유산균 대사산물의 염증성 장 질환에 대한 보호 효능을 규명했다.

연구팀이 발굴한 루테리 균주는 다른 균주들에 비해 장 오가노이드의 성숙과 발달을 촉진할 뿐만 아니라, 내산성을 갖고 있어 장까지 살아서 갈 수 있으며 장 정착성도 높은 것으로 확인했다.

또한 신규 루테리에서 유래된 대사산물은 장 줄기세포를 증식시키고 염증성 장 질환과 대장염에 대한 보호 효능이 있다는 사실을 밝혀냈다.

연구팀은 이와 같은 효능을 마우스 동물모델 실험에서도 확인하며 향후 제품화에 대한 가능성을 높였다.

연구책임자인 손미영 박사는 “인간 전분화능 줄기세포에서 유래한 장 오가노이드 플랫폼이 인체 유용 미생물 발굴에도 이용될 수 있음을 확인하였다”라며 “새롭게 발굴된 기능성 루테리 유산균이 유아의 장 발달과 염증성 장 질환의 예방에 이바지할 수 있을 것으로 기대된다”라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 마이크로바이옴 분야의 세계적인 저널인 Gut microbes(IF 9.434) 9월 21일 자 온라인판에 게재됐으며(논문명 : Limosilactobacillus reuteri DS0384 promotes intestinal epithelial maturation via the postbiotic effect in human intestinal organoids and infant mice / 교신저자 : 손미영·박두상·김대수 박사 / 제1저자 : 이하나·정광보 박사후연구원, 권오만 박사), 과기정통부의 Korea Bio Grand Challenge 사업, 과기정통부와 복지부의 범부처재생의료기술개발사업, 산업부의 바이오산업기술개발, 식약처의 첨단 독성평가기술 기반구축사업, 생명연 주요사업의 지원으로 수행됐다.