[쿠키과학] 생명연, 헬리코박터 억제 신규 프로바이오틱스 발굴

한국생명공학연구원(이하 생명연)이 사람의 위 오가노이드로 헬리코박터 파일로리균을 억제하고 위 점막을 보호하는 새로운 프로바이오틱스를 찾아냈다.

이번 성과는 항생제 내성으로 기존 제균 치료가 어려워지는 상황에서 오가노이드를 활용해 후보 균주를 선별하고 작동 원리까지 규명한 것으로, 위 건강 기능성 소재와 비항생제 기반 치료 보조기술 개발에 도움이 될 전망이다.

생명연 국가아젠다연구소 손미영 국가아젠다연구소장 연구팀은 위 오가노이드를 활용해 헬리코박터균 증식을 억제하고 위 점막을 보호하는 신규 프로바이오틱스 ‘DS1073(Lactiplantibacillus plantarum)’ 균주를 발굴했다.

헬리코박터 파일로리균은 세계 인구 절반 이상이 감염된 것으로 알려진 대표적 위장 병원균이다.

위 점막에 정착해 만성 위염과 위궤양을 일으키고, 장기간 감염되면 위암 위험도 높인다.

현재 여러 항생제를 함께 사용하는 제균 치료가 표준이지만, 클래리스로마이신과 메트로니다졸 같은 항생제에 대한 내성이 증가하면서 치료 성공률이 떨어지고 있다.

연구팀은 이런 한계를 해결하기 위해 사람 줄기세포에서 만든 위 오가노이드를 활용했다.

오가노이드는 줄기세포를 배양해 실제 장기와 비슷한 세포 구성과 조직 구조를 구현한 3차원 배양체로, 기존 연구는 암세포주나 단순 2차원 세포를 이용하는 경우가 많아 실제 사람 위 점막 환경을 충분히 반영하기 어려웠다.

반면 위 오가노이드는 점액세포와 위 전구세포, 내분비세포 등 실제 위를 구성하는 다양한 세포를 포함해 병원균 감염이나 약물 반응을 훨씬 현실적으로 평가할 수 있다.

연구팀은 유산균 340종을 대상으로 먼저 헬리코박터균 증식을 억제하는 후보를 선별했다.

이후 사람 위 오가노이드에서 다시 효능을 비교해 최종적으로 DS1073을 선정했다.

실험 결과 DS1073은 헬리코박터균이 위 점막에 달라붙는 과정을 효과적으로 차단했다.

특히 균의 생존율을 낮추고, cagA, vacA, ureA, ureB, babA 등 병원성 발현과 점막 부착, 생존에 필요한 주요 유전자들의 활성을 동시에 감소시켰다.

연구팀은 사람 조직에서 확인한 효과가 실제 생체에서도 나타나는지 동물실험으로 검증했다.

헬리코박터균에 감염된 실험동물에 DS1073을 투여한 결과 위 조직에 정착한 균의 양이 감소했고 염증성 사이토카인 발현도 크게 줄었다.

또 에탄올과 염산으로 급성 위 점막 손상을 유도한 모델에서는 출혈성 병변이 감소하고 점액층과 위 조직 구조가 정상에 가깝게 유지됐다.

아울러 연구팀은 위 상피세포의 전사체를 분석한 결과 DS1073은 사이토카인-수용체 상호작용, MAPK 신호전달, 칼슘 신호전달 등 염증과 세포 손상에 관여하는 주요 생체 신호를 정상 수준으로 조절했다.

칼슘 신호전달은 세포가 외부 자극에 반응하는 핵심 시스템이다.

과도한 음주나 염증으로 이 신호체계가 무너지면 세포 손상과 염증이 악화되며, DS1073이 이런 이상 반응을 완화하면서 위 점막 회복을 돕는 것을 확인됐다.

이번 연구는 사람 위 오가노이드에서 후보 균주를 선별한 뒤 동물모델과 유전자 분석까지 연계해 효능과 작동 원리를 단계적으로 검증해 큰 의미를 갖는다.

생명연은 이번 연구를 통해 2024년 ㈜휴온스에 기술이전한 ‘인간 위 오가노이드 기반 신규 균주 발굴 기술’의 과학적 타당성을 입증했다.

손 소장은 “향후 오가노이드와 마이크로바이옴 기술을 결합한 연구 플랫폼을 확대해 위 질환뿐 아니라 다양한 질환을 예방하고 관리할 차세대 기능성 미생물 소재를 발굴하겠다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 생명연 손예슬 박사가 제1저자로 참여했고, 연구결과는 지난 5월 국제학술지 ‘Cell Communication and Signaling’ 온라인에 게재됐다.
(논문명: Lactiplantibacillus plantarum DS1073 protects the gastric mucosa under Helicobacter pylori infection and ethanol stress)

이재형 기자 jh@kukinews.com