장 조직 내 세균의 위치를 확인하면서 동시에 사람의 장 세포 유전자 발현을 확인할 수 있는 기술이 개발됐다. 이를 통해 크론병의 예후 예측과 치료 전략을 설정할 수 있다는 기대감이 커졌다.
연세대 의대 의생명시스템정보학교실 박유랑 교수, 장수영 강사와 세브란스 어린이병원 소아소화기영양과 고홍 교수 연구팀은 장 조직 내 미생물-인간 유전자 동시 분석 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.
크론병은 소장과 대장을 포함한 소화기관에서 발생하는 염증으로 인해 혈변, 복통, 설사 등의 증상이 만성으로 나타나는 난치성 질환이다. 만성 염증이 조절되지 않는 경우 장 천공, 협착 등 심각한 합병증으로 이어질 수 있다.
크론병은 장 내 미생물과 사람의 면역 시스템 사이의 이상 상호작용으로 인해 발생하는 것으로 알려져 있다. 실제 세포 수준에서 장 내 미생물과 사람의 면역 시스템이 상호작용하는 것을 확인하는 것이 크론병의 정확한 병인 기전을 이해하고 효과적인 치료 전략을 수립하는데 중요하다. 또한 장 내에서 크론병 발생을 억제하거나 증상을 완화시킬 수 있는 유익한 세균 균주를 정확히 식별하고 이를 활용한다면 미생물 기반의 치료법도 개발할 수 있다.
연구팀은 장 조직 내에서 세균의 위치를 확인하면서 동시에 사람의 장 세포 유전자 발현을 확인할 수 있는 ‘미생물-인간 유전자 발현 프로파일링 파이프라인’을 개발했다. 이 기술은 인체 조직의 RNA 발현뿐만 아니라 인체 조직 내 침투한 미생물의 RNA를 동시에 검출하고 그 연관 관계를 분석하는 기술이다. 이를 통해 특정 미생물의 분포로 나타나는 사람 세포의 반응을 높은 수준의 해상도로 확인할 수 있다.
개발한 파이프라인 기술을 이용해 크론병 환자의 장 조직을 분석한 결과, 크론병 장 조직에서 미생물의 분포가 정상 장 조직에 비해 현저히 증가돼 있음을 확인했다. 특히 염증이 심한 부위에서 미생물 분포가 더욱 크게 증가하는 것으로 나타났다. 또 이러한 미생물의 분포 정도가 환자의 질병 재발 시기, 내시경 검사에서 확인되는 중증도와 강한 연관성을 보여, 미생물 분포를 통해 크론병 환자의 예후를 예측할 수 있는 가능성도 확인했다.
연구팀은 미생물의 존재에 따른 인체 세포의 세포 사멸 정도를 확인했다. 이를 통해 크론병과 관련된 다수의 유익균 후보와 병원균 후보를 식별했으며, 이 중 일부는 기존에 보고되지 않은 새로운 치료 후보 세균 군주도 발견했다. 또 미생물의 종류에 따라 발현이 유도되거나 발현이 저해되는 RNA를 확인해 미생물과 장 내 사람 세포 간의 상호작용을 추정했다.
연구 저자인 고홍 교수는 “이번 연구에서 개발한 장 조직 내 미생물 프로파일링 기술은 크론병 뿐만 아니라 다양한 미생물 관련 질환 연구에도 적용할 수 있는 방법”이라며 “특히 유익균과 병원균의 식별을 통해 미생물 기반 치료 전략 개발과 환자의 예후 예측, 치료 방향 설정 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구 결과는 국제학술지 ‘마이크로바이옴(Microbiome)’에 최근 게재됐다.
연세대 의대 의생명시스템정보학교실 박유랑 교수, 장수영 강사와 세브란스 어린이병원 소아소화기영양과 고홍 교수 연구팀은 장 조직 내 미생물-인간 유전자 동시 분석 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.
크론병은 소장과 대장을 포함한 소화기관에서 발생하는 염증으로 인해 혈변, 복통, 설사 등의 증상이 만성으로 나타나는 난치성 질환이다. 만성 염증이 조절되지 않는 경우 장 천공, 협착 등 심각한 합병증으로 이어질 수 있다.
크론병은 장 내 미생물과 사람의 면역 시스템 사이의 이상 상호작용으로 인해 발생하는 것으로 알려져 있다. 실제 세포 수준에서 장 내 미생물과 사람의 면역 시스템이 상호작용하는 것을 확인하는 것이 크론병의 정확한 병인 기전을 이해하고 효과적인 치료 전략을 수립하는데 중요하다. 또한 장 내에서 크론병 발생을 억제하거나 증상을 완화시킬 수 있는 유익한 세균 균주를 정확히 식별하고 이를 활용한다면 미생물 기반의 치료법도 개발할 수 있다.
연구팀은 장 조직 내에서 세균의 위치를 확인하면서 동시에 사람의 장 세포 유전자 발현을 확인할 수 있는 ‘미생물-인간 유전자 발현 프로파일링 파이프라인’을 개발했다. 이 기술은 인체 조직의 RNA 발현뿐만 아니라 인체 조직 내 침투한 미생물의 RNA를 동시에 검출하고 그 연관 관계를 분석하는 기술이다. 이를 통해 특정 미생물의 분포로 나타나는 사람 세포의 반응을 높은 수준의 해상도로 확인할 수 있다.
개발한 파이프라인 기술을 이용해 크론병 환자의 장 조직을 분석한 결과, 크론병 장 조직에서 미생물의 분포가 정상 장 조직에 비해 현저히 증가돼 있음을 확인했다. 특히 염증이 심한 부위에서 미생물 분포가 더욱 크게 증가하는 것으로 나타났다. 또 이러한 미생물의 분포 정도가 환자의 질병 재발 시기, 내시경 검사에서 확인되는 중증도와 강한 연관성을 보여, 미생물 분포를 통해 크론병 환자의 예후를 예측할 수 있는 가능성도 확인했다.
연구팀은 미생물의 존재에 따른 인체 세포의 세포 사멸 정도를 확인했다. 이를 통해 크론병과 관련된 다수의 유익균 후보와 병원균 후보를 식별했으며, 이 중 일부는 기존에 보고되지 않은 새로운 치료 후보 세균 군주도 발견했다. 또 미생물의 종류에 따라 발현이 유도되거나 발현이 저해되는 RNA를 확인해 미생물과 장 내 사람 세포 간의 상호작용을 추정했다.
연구 저자인 고홍 교수는 “이번 연구에서 개발한 장 조직 내 미생물 프로파일링 기술은 크론병 뿐만 아니라 다양한 미생물 관련 질환 연구에도 적용할 수 있는 방법”이라며 “특히 유익균과 병원균의 식별을 통해 미생물 기반 치료 전략 개발과 환자의 예후 예측, 치료 방향 설정 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구 결과는 국제학술지 ‘마이크로바이옴(Microbiome)’에 최근 게재됐다.