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탐방

MD헬스케어 "'메타게놈' 분석으로 질병예측·신약 개발"

기사입력 : 2017-04-18 09:08|수정 : 2017-04-18 09:08
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바이오스펙테이터 조정민 기자

인간게놈+마이크로바이옴까지 분석, 9개 암 포함 18개 질환에 대한 예측 알고리즘 개발

MD헬스케어(MD healthcare)의 김윤근 대표를 한마디로 표현한다면, '모험가'라는 말이 제 격일 것이다. 서울대 의대 졸업, 내과 전문의 획득 이후 2006년까지 서울대병원 내과 교수로 활약하던 그는 첫번째 도전을 감행한다. 기초연구를 위해 서울대 교수직을 그만두고 포항공대 생명과학과 교수로 자리를 옮긴 것. 포스텍의 생명공학연구센터장을 역임하며 연구에 매진하던 2014년 그는 또 다시 모험을 했다. 새로운 비지니스 모델을 창출하기위해 이화의료원 융합의학연구원장 자리를 맡은 것이다. 바이오기업 'MD헬스케어'를 설립한 것도 이때다.

김 대표는 "임상현장의 경험을 통해 의료계의 니즈(needs)와 문제를 파악하고, 기초연구현장에서는 우수한 기술을 치료에 접목할 방법을 연구했다"면서 "마이크로바이옴(microbiome) 기반 나노소포체 연구 성과를 실현하기 위해 바이오벤처를 시작했다"고 말했다.

MD헬스케어는 우리 몸의 세포와 마이크로바이옴이 배출하는 나노소포체(Nanovesicle)를 분석함으로써 질병의 발병 유무를 예측하는 알고리즘을 개발했다. 체액이나 분변에 존재하는 나노소포가 담고 있는 다양한 정보를 이용, 암을 포함한 여러 질병의 위험도를 예측하는 것이다. NGS 기반의 분석 서비스 제공 뿐만 아니라 체외분자진단키트 개발도 진행하고 있다.

김 대표는 "이전에는 인간 중심의 연구와 의료서비스가 제공됐다면, 이제는 인간을 둘러싼 환경(마이크로바이옴)을 중심으로 연구가 진행되고 치료가 이뤄져야 한다. 인간이 많은 영향을 받는 환경을 조절함으로써 질병을 예방하고 건강을 증진시킬 수 있다"고 강조했다.

◇ 메타게놈(Metagenome)분석을 통해 질병 발생 예측

우리 몸안에서 공생하고 있는 미생물들이 인간의 건강에 미치는 영향에 대한 새로운 사실들이 속속 밝혀지고 있다. 이미 소화계통의 기관들 뿐만 아니라 피부, 면역시스템, 뇌신경계 조절 및 신경전달물질 생성 등과 휴먼 마이크로바이옴의 연관성에 대한 연구가 발표됐다. 최근에는 인간을 둘러싼 체내환경인 마이크로바이옴의 규모와 그 영향력이 인간의 것의 10배에 가깝다는 주장이 나오면서 '10% 인간'이라는 말이 쓰이기도 한다. 인간 유전자 분석(휴먼 게놈)을 넘어 마이크로바이옴까지 분석하는 메타게놈이 주목받기 시작했다.

김윤근 대표는 "인간과 그 주위 환경이 긴밀하게 상호작용을 하면서 건강상태와 질병의 발생을 조절한다. 이 때 상호작용을 위해 정보를 교환, 전달하는 것이 바로 나노소포체"라 설명했다.

우리 몸을 구성하는 세포와 세균들 간에는 직접적인 접촉을 통한 신호전달이 어렵다. 따라서 생성한 단백질, 지질과 유전정보 등을 전달할 수 있는 매개체가 필요한데 그 소통창구로 이용되는 것이 나노소포체라는 설명이다.

MD헬스케어는 혈액, 소변, 대변 등의 샘플에서 나노소포체를 분리해 유전자를 추출하고 그 유전자를 NGS로 분석함으로써 질병마다 다르게 나타나는 마이크로바이옴의 분포를 파악했다. 김 대표는 "우리 몸 안의 마이크로바이옴이 내뿜는 소포를 분석하는 것은 메타게놈의 일종이다. 질병의 발병 혹은 진행상황이 변화하면 나노소포체의 분포 역시 변화하는 것을 바탕으로 사람마다 다른 질병 위험도를 예측할 수 있다"고 말했다.

▲메타게놈 분석을 통한 질병 발생 위험도 예측 (제공 MD헬스케어)

▲메타게놈 분석을 통한 질병 발생 위험도 예측 (제공 MD헬스케어)

예를 들면 정상인이 대장암이 발생하면 마이크로바이옴 분포의 변화가 발생하고 이들이 분비하는 나노소포체 내용물 역시 변하게 된다. 이러한 특이적 변화를 생체지표로 발굴하고 예측 알고리즘을 설계한다. 이후 의뢰인의 검체를 분석했을 때, 생체지표에 따라 의뢰인이 대장암 환자의 마이크로바이옴 분포와 얼마나 일치하는지를 확인함으로써 질병 발생 위험도를 예측할 수 있다.

MD헬스케어는 메타게놈 분석을 통해 질병과 연관된 나노소포체를 1500개로 분류, 생체지표로 발굴하고 진단 알고리즘을 개발했다. 회사 측은 “위암, 폐암 등을 포함한 각종 암과 마이크로바이옴 유래 소포체의 관련성을 최초로 규명하고, 발굴한 생체지표들을 특허로 보유하고 있다”고 설명했다. 또한 MD헬스케어는 NGS 기반의 18개 질환 예측진단서비스를 상용화하기 위한 노력과 동시에 생체지표의 유전정보 시퀀스(Sequence)를 이용한 체외분자진단키트 개발을 진행하고 있다.

◇ 발효 통해 유용균 유래 소포 치료제 개발

메타게놈 분석으로 질병의 위험도를 예측한 결과가 고위험군으로 나오면 어떻게 해야할까? 김윤근 대표는 미생물 불균형(Dysbiosis)을 교정함으로써 질병 발생의 위험을 낮출 수 있으며, 이를 위해서는 환경과 식이조절이 중요하다고 말했다. 그는 “우리 몸 곳곳에 분포하는 미생물들이 가장 많이 모여 있는 곳이 바로 소화기관이다. 체계적인 식이 조절이 필요한 이유도 바로 이런 사실에서 비롯된 것”이라고 덧붙였다. MD헬스케어는 ‘발효’라는 전통방식을 이용한 식이 조절 알고리즘을 개발하고 있다.

우리는 이미 많은 경로를 통해 발효식품이 건강에 좋다는 이야기를 접해왔다. 하지만 김 대표는 발효식품이 모두 좋다고 맹신해서는 안된다고 주장했다. 대표적인 발효식품인 김치를 예로 들며 "김치에 존재하는 미생물의 소포체를 분석했을 때, 유익미생물의 것 뿐만 아니라 유해미생물의 소포체 역시 발견됐다"고 밝혔다. 건강을 위해 섭취한 음식으로 인해 건강이 더욱 악화될 수 있다는 이야기다.

MD헬스케어는 발효과정에서 필요한 요소들을 철저하게 관리, 조절함으로써 최상의 발효 상태를 구축하는 것이 중요하다고 강조했다. 회사 측은 "과정에서 필요한 물, 소금, 재료, 환경의 질에 따라서 배양되는 미생물의 군집이 달라진다. 우리는 유익균이 생존, 증식할 수 있는 최상의 조건을 형성해주고, 대사산물인 소포체를 이용해 치료가 가능한 제제를 개발하고 있다"고 설명했다.

유용미생물 기반 치료제의 적용 범위는 매우 다양하며, 회사 측은 항암과 항염증, 비만 등의 대사질환 치료제를 연구 중이다. 최근 해외 연구진은 장에 서식하는 유익한 박테리아인 아커만시아 뮤시니필라(Akkermansia muciniphila)가 비만과 2형(성인)당뇨병의 중요한 열쇠라는 사실을 밝혀냈다. 아커만시아가 부족해지면 대사활동이 저하되고 인슐린 저항성, 체중, 감염에 따른 염증이 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 결과를 바탕으로 당뇨환자의 대변을 MD헬스케어의 NGS 알고리즘으로 메타게놈을 분석하고 해당 균이 부족한 대상자들에게 아커만시아 유래 소포체 치료제를 적용하면 항비만, 항당뇨 효과가 있을 것으로 예상하고 연구개발을 진행하고 있다.

MD헬스케어는 해당 연구내용과 기술을 인정받아 세균세포 기반 신개념 예방백신 개발 사업과 소변, 대변 나노소포 분석을 통한 질병 진단법 개발 및 상용화 등에 관한 보건복지부 주관 프로젝트 등을 동시다발적으로 수행하고 있다.

◇ ‘인간중심 → 환경중심’ 의료의 패러다임 변화 도모

임상의사인 김 대표가 휴먼 마이크로바이옴과 발효에 대해 관심을 가지게 된 배경이 궁금해졌다. “임상학과 교수로 지낸 7년 간, 의료계가 가지고 있는 한계점과 해결해야할 문제점 등을 고민하게 됐다”고 말한 그는 MD헬스케어의 사업을 통해 지극히 인간 중심적으로 움직이는 현재 의료의 패러다임을 인간과 환경을 복합적으로 고려하는 방향으로 변화시키고 싶다고 했다.

“이전에는 질병이 발생한 이후 치료하는 것에 초점이 맞춰져 있었다면, 이제는 조기진단과 질병 예방을 통한 건강 증진이 중요한 이슈가 됐습니다. 이러한 변화에 발맞춰 새로운 방법의 헬스케어 솔루션을 제공해야 합니다.”

마이크로바이옴이 주목받기 이전인 2008년부터 마이크로바이옴 나노소포체 연구에 집중했다는 김윤근 대표는 “남들을 쫓아가는 형태가 아니라 완전히 새로운 것, 혁신적인 것을 해왔다”면서 “환경에 중점을 둔 동양적인 아이디어를 서양화된 기술과 연구방법으로 구현해 나갈 것”이라고 강조했다. 김 대표는 건강증진, 인간과 자연의 조화, 혁신이라는 MD헬스케어의 핵심가치를 토대로 혁신적인 헬스케어 솔루션을 개발, 사회에 공헌하는 기업이 되는 것이 목표라고 덧붙였다.

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