[LabStory] 세종대학교 신학동 교수님 편

두둥! 3번째 LabStory를 시작합니다!

 

고대 그리스의 철학가이자 의사인 히포크라테스는 무려 2,400여 년 전 “모든 질병은 장에서 비롯된다”라고 말했습니다. 장은 소화, 흡수, 배출 등 기본적인 역할을 담당하는 것 외에도, 눈에는 보이지 않지만, 셀 수 없는 다양한 종류의 미생물이 생태계를 이루고 있습니다. 이것을 장내 마이크로바이옴이라고 하는데, 우리 몸에 살고 있는 미생물의 숫자는 100조가 넘는다고 합니다. 

 

이전 LabStory에서는 주로 동물 유전 현상을 연구하시는 교수님들을 인터뷰했다면 이번에는 인간의 장내 마이크로바이옴을 연구하는 분을 찾아갔습니다. 

아침저녁으로 시원한 바람이 부는 8월 막바지의 어느 날 만난 세종대학교 신학동 교수님 이야기입니다.

Introducing the Professor

Q. 간단한 본인 소개와 연구실 소개를 부탁드립니다.

진지하게 인터뷰에 임해주시는 세종대학교 신학동 교수님

안녕하세요. 세종대학교 생명시스템학부 식품생명공학전공 신학동 교수입니다.

 

저는 식품 미생물학 및 마이크로바이옴 연구실(Food Microbiology and Microbiome Lab)에서 식품 관련 미생물 (프로바이오틱스, 장내 마이크로바이옴, 식중독균 등)에 대한 유전체학 연구를 진행하고 있습니다. 주 연구로는 식품 섭취에 따른 한국인 장내 마이크로바이옴 변화 연구, 프리바이오틱스 및 프로바이오틱스 개발 연구, 식중독균 신속 검출 및 저감화 연구 등이 있습니다. 최근 몇 년간 마이크로바이옴은 제2의 유전체라고 불릴 만큼 중요성이 대두되고 있는데요. 신진대사, 소화능력, 질병 관리체계, 면역력 등 인체에 다양한 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다. 

 

그에 따라 특히 프로바이오틱스 및 프리바이오틱스 연구가 활발히 이루어지면서 건강기능식품으로 개발되고 각광을 받고 있습니다. 그렇지만, 사실 다양한 식품들이 한국인의 장내 마이크로바이옴을 어떻게 변화시키는지에 대한 연구는 아직 미미한 편입니다. 

 

마이크로바이옴 연구는 꼭 필요하기 때문에 우리 연구실은 어떠한 식품을 먹어야 마이크로바이옴을 좋은 방향으로 변화시킬 수 있는지 빅데이터를 마련하고 있습니다. 또한 빅데이터를 구축하는 데 있어서 머신 러닝, AI는 필수불가결한 요소이기에 이러한 트렌드에 맞추어 연구를 진행하고 있습니다. 

 

 

프로바이오틱스와 프리바이오틱스의 차이는 무엇일까요?

프로바이오틱스(Probiotics)는 ‘건강에 도움을 주는 살아있는 균’이라는 뜻입니다. 유익균의 수를 늘리고 유해균의 수를 줄이는 역할을 합니다. 유산균(Lactobacillus), 비피더스균(Bifidobacterium) 등이 대표적인 균주로 장 건강과 면역체계 강화 등에 효능을 보입니다. 김치, 된장, 청국장, 플레인 요구르트 등이 대표적인 프로바이오틱스 식품입니다. 최근에는 캡슐이나 분말 형태의 건강기능식품으로도 많이 섭취하고 있죠. 

 

그리고 유익균의 먹이가 되는 영양분을 프리바이오틱스(Prebiotics)라고 합니다. 유익균도 장내에 정착하고 활동하기 위해서는 먹이가 필요한데요, 프락토올리고당, 자일로올리고당 등이 주로 유익균의 먹이로 사용됩니다.   

 

 

 

Introducing the Lab

Q. 다른 연구실과의 차별점과 마이크로바이옴 연구의 중요성에 대해 설명해 주신다면?

세종대 FMM Lab 전경 

다른 연구실과의 차별점으로 저희 연구실은 모든 시료 준비를 업체에 의뢰하지 않고 진행합니다. (시퀀싱 업체에서는 싫어하실 수도 있지만 ^^)

 

마이크로바이옴이 제약과 신약 쪽에서는 상당 부분 많은 연구가 이루어졌지만, 식품 분야 쪽에서는 후발주자라고도 볼 수가 있습니다. 이제 막 본격화되는 시점이기 때문에 아직 연구가 이루어지지 않은, 연구자가 원하는 마이크로바이옴 연구를 해 볼 수 있는 장이 마련되어 있는 것이 장점이며 타 연구실과의 차별점이라고 생각합니다. 

 

또, 마이크로바이옴의 연구가 중요한 이유는 마이크로바이옴이 생물 어디에나 존재하기 때문인데요, 어떤 기작을 연구하더라도 연결이 되어있어서 다양한 연구과제에 들어갈 수 있는 주제이죠. 

마지막으로, 건강한 삶을 위해서는 필요한 요소가 마이크로바이옴이다 보니 주목받고 있으며 앞으로도 지속적으로 중요한 연구들이 이루어질 것으로 보입니다.

 

 

Q. 현재 어떤 연구 주제를 중점적으로 다루고 계신가요?

열심히 설명하시는 신학동 교수님

현재 각기 다른 식품이 한국인의 장내 마이크로바이옴에 주는 영향을 연구하고 있습니다.
In vitro 연구로 실험자 한 명의 분변을 획득하자마자 혐기 조건에서 배양합니다. 그렇게 배양된 96개의 플레이트에 다른 소재를 넣어봅니다. 
논문화가 되려면 적어도 샘플이 20명은 필요한데, 그렇게 되면 거의 2,000개가 되는 플레이트를 가지고 실험을 하는 거죠.

 

아직 논문화는 되지 않았지만, 저희 실험실에서 분변에 마늘 분말을 넣었을 때 장내 마이크로바이옴이 활성화되는 것을 관찰할 수가 있었는데, 해외 문헌에서는 잘 보이지 않는 내용입니다. 
한국인 식단에 마늘이 있다 보니, 한국인 장내에는 마늘하고 잘 조합될 수 있는 균주들이 살 수 있는 환경이 갖춰져 있는 게 아닐까 생각해 봅니다.

 

현재로서는 식품 마이크로바이옴에 관한 연구가 많이 필요한 시점이라고 생각합니다. 예를 들면 포도당을 섭취했을 때 장내 마이크로바이옴이 어떻게 변화되는지에 관한 연구조차 아직 많지 않아요. 

또 요즘 맞춤 식품 시장이 매우 커지고 있는 트렌드인데, 개인의 마이크로바이옴을 위한, 나아가서는 건강을 위해서 식품과 마이크로바이옴의 영향에 관한 연구가 계속 이루어져야 한다고 생각합니다. 

 

Q. 한국인 장내 마이크로바이옴과 다른 인종의 마이크로바이옴은 어떤 차이가 있나요?

한국인에게서는 Bacteroides, Prevotella 장내 미생물이 많은 반면, 미국인에게서는 Bacteroides, Blautia, Oscillibacter 종이 많습니다.

한국인에게서는 채식주의에 주로 발견되는 Prevotella 종이 많은데, 그 이유는 한국인들은 상대적으로 식단에 채소가 많이 포함되어 있고 미국인들은 상대적으로 채소보다는 고기를 많이 섭취하기 때문에 이런 차이가 나는 것으로 보입니다.  

우리 연구실에서 연구했던 박권철 군이 2019년 학술대회에서 연구발표를 했었는데요. Prevotella 타입의 장을 가지고 있는 한국인이 커피를 섭취할 경우, 장내에 안 좋은 영향을 미친다는 연구 결과를 발표했습니다. 

 

Prevotella 타입의 경우, 커피로 인해 장내 미생물의 다양성이 감소하고 미생물 조성에 역동성을 일으켜 인체에 부정적인 영향을 준다고 합니다. 이렇게 식품이 장내 미생물에 미치는 영향을 확인할 때, 장내 유형이 중요한 요인임을 확인했습니다.

 

 

About the Project

Q. 교수님께 가장 기억에 남는 프로젝트는 무엇인가요? 이 프로젝트를 통해서 어떤 것을 느끼셨을까요?

저에게 가장 기억에 남는 프로젝트를 꼽으라면 바로 Earth Microbiome Project (지구 마이크로바이옴 프로젝트)입니다. 이 프로젝트는 2010년부터 2017년까지 진행된 글로벌 프로젝트입니다. 미국, 유럽, 일본 등 43개국 160개 연구소 500여 명의 연구원이 미생물을 규명하는 데이터베이스를 구축하는 프로젝트였는데, 이 프로젝트로 규명된 미생물은 27만 종에 이릅니다. 

 

그동안 미생물 균총 연구들은 실험 계획, 진행방식, 데이터베이스 구축 모두 방법이 달랐습니다. 이 프로젝트를 통해 미생물 연구의 분석체계를 마련하게 되었고, 16S rRNA 염기서열을 읽어내는 실험 방법과 정리 방법을 모두 표준화했습니다. 

 

감사하게 국내 연구진으로서는 유일하게 이 프로젝트에 합류했어요. 그 계기는, 2014년 미국 뉴욕대(NYU)에 박사후연구원으로 가게 되었는데, 마이크로바이옴 분야의 최고 권위자 Martin J. Blaser & Maria Gloria 부부 연구팀에 합류하게 되면서 그분들이 이끄시는 Earth Microbiome Project에 참여하게 됐습니다.

 

두 분과 같이 프로젝트를 수행하면서 배운 점이 많습니다. 두 분의 삶 자체가 마이크로바이옴을 위해서 일생을 사셨다고 해도 과언이 아닙니다. 두 교수님은 매년 여름 아마존 열대우림에 들어가시는데, 그 이유는 항생제 투여 기록이 없는 부족을 찾아가기 위해서입니다. 아마존의 부족은 현대 문명과 떨어져 있고 약이나 항생제 투여하지 않고 자연 그대로 살아가는데, 그런 부족을 찾아서 샘플링을 하십니다. 그리고 확보된 마이크로바이옴이 현대인들과 얼마나 다른지 연구하십니다. 

 

Martin J Balser & Maria Gloria 교수님 

Martin J. Blaser 교수님의 저서 “Missing Microbes”에 따르면 원시 부족들의 장내 마이크로바이옴은 현대인에 비해서 확실히 높은 다양성을 가지고 있고, 현대인들이 가지고 있지 않은 마이크로바이옴을 가지고 있다고 합니다. 그렇기 때문에 현대인들이 현대문명을 살아가면서 잦은 항생제 등 약물과 가공식품을 많이 섭취하는 식단 때문에 특정 마이크로바이옴을 상실했고 상실한 미생물이 가진 기능성을 손실했다는 이론을 펼치고 계십니다. 

 

하나의 일화로 교수님들이 아마존에서 돌아오셔서 하시는 말씀이 ‘거머리가 다리에 알을 낳아서 핀셋으로 뽑았다’라고 말씀하시는데 그런 것을 보고 저도 깊게 감명받았습니다. 다른 인원을 보내지 않고 교수님들이 직접 가시는 게, 정말 ‘진정한 연구자들이시구나’ 하는 생각이 들었습니다. 지금도 두 교수님을 한국의 미생물 관련 학회에 초대하는 등 인연을 이어가고 있습니다.

 

 

Q. FMM 연구실에 관심 있는 학생들이 참고하면 좋을 만한 대표적인 논문 추천 부탁드립니다!

아래의 논문을 읽어보시고 저희 실험실 홈페이지에도 나와있으니 참고 부탁드립니다.

 

1. Bifidobacterium bifidum BGN4 and Bifidobacterium longum BORI promotes neuronal rejuvenation in aged mice, Biochemical and Biophysical Research Communications (2022)
2. Administration of Bifidobacterium bifidum BGN4 and Bifidobacterium longum BORI Improves Cognitive and Memory Function in the Mouse Model of Alzheimer’s Disease, Frontiers in Aging Neuroscience 13 (2021)
3. Geranii Herba as a Potential Inhibitor of SARS-CoV-2 Main 3CL(pro), Spike RBD, and Regulation of Unfolded Protein Response: An In Silico Approach, Antibiotics 9 (2020)
4. Delayed Establishment of Gut Microbiota in Infants Delivered by Cesarean Section, FRONTIERS IN MICROBIOLOGY 11 (2020)
5. Maternal H. Pylori Is Associated With Differential Fecal Microbiota in Infants Born by Vaginal Delivery, Scientific Reports 10 (2020)

 

Q. 인실리코젠과는 어떻게 협업하고 계실까요?

인실리코젠에서는 CLC Genomics Workbench와 Main Workbench를 구매해서 사용하고 있습니다.
CLC Main Workbench는 생물정보학 분야에서 염기서열 분석을 위한 가장 기본적인 소프트웨어로 DNA, RNA, Protein, Digital Gene Expression 등의 분자생물학 데이터를 통합 분석할 수 있습니다, 
사용자가 쉽게 사용할 수 있도록 설계되어 있고 다른 프로그램에 비해 사용 방법이 비교적 간단하고 직관적이어서 학생들 수업에 활용하고 있죠. 그리고 앞으로 좋은 기회가 있다면 관련 분야에서 협업할 예정입니다. 

 

신학동 교수님과 인실리코젠 최남우 사장님

 

 

Q. 마지막으로 한 말씀 부탁드립니다!

제대로 된 마이크로바이옴 연구가 필요한 시점입니다. 앞으로도 꾸준히 한국인만이 가진 마이크로바이옴의 특징을 규명해 나갈 계획입니다. 또한 한국인만이 가진 독특한 식문화, 거주환경 및 지리적인 특성이 장내 마이크로바이옴의 다양성에 미치는 영향에 대한 이해를 넓혀가려고 합니다. 나아가서는 저의 연구가 질병을 치료하고 사람들이 건강한 삶을 영위하는 데 보탬이 되었으면 좋겠습니다. 

 

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저도 장 건강과 면역력 등 전반적인 건강에 관심이 많은데요. 신학동 교수님을 인터뷰하면서 교수님이 수행하신 프로젝트와 비하인드 스토리뿐만 아니라 더 많은 건강 관련 지식을 얻게 된 것 같습니다.

 

90%에 달하는 질환이 장내 마이크로바이옴과 연결되어 있다니, 장에 좋은 채소와 유산균이 많이 포함된 식품 등을 자주 챙겨 먹어야겠네요. 그러고 보니 정말 식습관이 중요하고 건강에 많은 영향을 미친다는 것을 다시 한번 깨닫게 되는 것 같습니다. 그리고 또 개개인의 건강 상태, 장내 마이크로바이옴 환경에 맞는 음식을 먹는 것이 중요하다는 점, 그에 따른 맞춤 식품 시장의 성장과 트렌드의 변화도 기대가 되네요.

 

신학동 교수님의 FMM 연구실이 더욱더 성장하기를 바라며 교수님의 연구로 질병이 치료되는 날이 곧 오기를 기대합니다 😊 귀한 시간 내어주신 신학동 교수님께 다시 한번 진심으로 감사드립니다!

 

 

 

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Reference

• http://www.kyosu.net/news/articleView.html?idxno=40369
• https://health.chosun.com/site/data/html_dir/2019/03/15/2019031500954.html
• https://www.mkhealth.co.kr/news/articleView.html?idxno=52520

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인실리코젠의 디지털 마케터가 전하는 생물정보 이야기

EDITOR

Digital Marketer

FLEX Dept.