마이크로바이옴: 환자 내에서의 약물 발견

미생물은 감염 중에 포유류의 몸에만 서식하는 것이 아닙니다. 수십억 개의 미생물이 건강한 사람과 동물의 몸에서 언제든지 발견될 수 있으며, 화학 신호를 통해 서로 소통하고 건강에 영향을 미칩니다. 헬름홀츠 제약 연구소 자를란트(HIPS), 자를란트 대학교, 자를란트 대학교 병원의 연구원들은 두 가지 연구에서 인간과 동물원 동물의 미생물군, 즉 모든 미생물의 총체에 대한 자세한 연구를 수행했습니다. 목표는 질병의 치료 및 진단 전략의 시작점을 식별하는 것이었습니다.

연구자들은 Nature Communications 저널에 두 편의 논문으로 결과를 발표했습니다. HIPS는 자를란트 대학교와 협력하는 헬름홀츠 감염 연구 센터(HZI)의 사이트입니다.

미생물을 새로운 활성 성분의 공급원으로 사용한다는 아이디어는 새로운 것이 아닙니다. 이미 수많은 약물이 박테리아와 균류의 천연물을 기반으로 개발되었습니다. 이들은 토양과 같은 자연 서식지에서 이용 가능한 자원을 놓고 경쟁하며, 화학적 신호를 사용하여 미생물 경쟁자보다 유리한 입장을 차지합니다. 따라서 시중에 판매되는 항생제의 상당 부분이 미생물의 천연물을 기반으로 한다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. HIPS, 자를란트 대학교, 자를란트 대학교 병원의 학제간 연구팀은 비감염성 질병을 치료하는 데 사용할 수 있는 천연물을 찾는 목표를 설정했습니다. 연구팀은 토양을 조사하는 대신 인간과 동물을 식민지화하고 질병 발병에 역할을 하는 박테리아를 직접 조사합니다. 이 접근 방식은 또한 계획된 nextAID³ 우수 클러스터의 핵심 구성 요소로, 독일 연구 재단(DFG)의 1차 심사에서 긍정적으로 평가되었으며, 자를란트 대학교가 2024년 8월에 전체 제안서를 제출했습니다.

새로운 활성 성분에 대한 이 대규모 검색의 기초는 두 개의 코호트였습니다. "IMAGINE" 연구에서 연구자들은 건강한 피험자와 다양한 질병을 앓고 있는 환자로부터 약 2,000개의 샘플을 수집했습니다. 미생물 군집의 다른 부분은 다른 질병에서 영향을 받을 수 있기 때문에 연구자들은 타액, 치태 및 대변뿐만 아니라 눈, 목 및 피부에서 미생물 군집을 조사했습니다. 두 번째 연구에서 팀은 자르브뤼켄 동물원의 동물 미생물 군집을 조사하여 야생에서 사는 동물의 미생물 군집과 비교했습니다. 이 훨씬 더 작은 코호트의 목적은 동물의 미생물 군집이 새로운 천연 제품의 잠재적인 공급원이 될 수 있음을 보여주는 것이었습니다. 두 연구에서 수집된 샘플은 처리되어 메타게놈 시퀀싱이라고 알려진 프로세스를 거쳤습니다. 이 방법을 사용하면 샘플에 포함된 모든 유기체를 유전적으로 식별하고 풍부함을 결정할 수 있습니다. 예를 들어 특정 박테리아 균주가 특정 질병이 있는 상태에서 더 많거나 적으면 잠재적으로 질병의 발병 또는 진행에 관여할 수 있습니다.

분석된 데이터에서 생물정보학자 Andreas Keller, 미생물학자 Sören Becker, 폐의학자 Robert Bals, 약사 Rolf Müller를 포함한 팀은 이러한 행동이 적용되는 수많은 박테리아를 찾을 수 있었습니다. 또한 연구자들은 생물정보학 분석을 사용하여 조사 중인 질병과 관련된 천연물의 유전적 청사진(소위 생합성 유전자 클러스터)을 식별할 수 있었습니다. HIPS의 부서장이자 Saarland University의 임상 생물정보학 교수인 Andreas Keller는 "저희에게 이 데이터는 과학적 금광입니다. 새로 식별된 유전자 클러스터의 대부분이 어떤 천연물을 인코딩하는지 아직 알 수 없습니다."라고 말합니다. "수집된 데이터는 최근에 구축한 데이터베이스 ABC-HuMi에서 처리됩니다. 이 데이터베이스에는 이미 인간 미생물군에 대한 추가 데이터가 포함되어 있어 많은 새로운 천연물을 발견하고 이를 약물 개발의 기초로 사용할 수 있습니다."

HIPS의 약사, 생물학자, 화학자는 이제 디지털 데이터를 사용하여 실제 천연 제품을 만들라는 요청을 받았습니다. 현재 총 6개의 연구 그룹이 가장 유망한 50개의 유전자 클러스터에 대한 실험적 검증을 진행하고 있습니다. "천연 제품의 유전적 청사진을 아는 것은 첫 번째 단계에 불과합니다. 우리는 이제 청사진을 인코딩된 천연 제품을 생산하는 데 사용할 박테리아로 옮기기 위해 열심히 노력하고 있습니다."라고 HIPS의 부서장이자 과학 책임자인 대학 교수 롤프 뮐러는 말했습니다. 그는 두 개의 발표된 연구를 공동으로 시작했습니다. "획득한 데이터는 지금까지 연구되지 않은 엄청난 생물 다양성을 반영합니다. 다음 단계는 이 잠재력을 활용하는 것입니다. 우리는 지난 15년 동안 항생제 개발을 위해 구축한 기술을 다른 적응증에도 효과적으로 적용할 수 있어 기쁩니다."

HIPS의 연구 초점은 항균제에 있지만, 비감염성 질환 치료제는 PharmaScienceHub의 일부로 개발될 것입니다. HIPS와 자를란트 대학교가 2023년에 설립한 협업 플랫폼은 학계 연구와 제약 산업의 참여자를 모아 기초 연구의 결과를 의료 응용 분야로 전환하는 것을 가속화합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241017112513.htm