AI로 찾아낸 장내 미생물... 자폐증 치료 길 열다

국내 연구진과 스타트업이 자폐증을 치료할 수 있는 방법을 장내 미생물에서 찾았다.

자폐 스펙트럼 장애(ASD)는 통상 유전적 요인으로 발병한다고 알려져 있으나, 최근엔 장내 미생물과 면역 반응이 뇌 기능과 행동에 영향을 준다는 ‘장-뇌 축’ 이론이 주목받고 있다.

POSTECH(포항공과대학교)은 생명과학과·융합대학원 임신혁, 김태경 교수, 생명과학과 박철훈 박사 연구팀이 ASD 발병에 관여하는 장내 미생물과 면역 반응 메커니즘을 최초로 규명했다고 18일 밝혔다.

이번 연구의 출발점은 ASD 환자가 일반인과 다른 장내 미생물 구성을 가진 경우가 많다는 것. 특히 환자의 약 90%는 위장관 질환을 함께 겪고 있다는 점이다.

연구팀은 이에 세계 최초로 무균 상태에서 자란 유전자 변형 ASD 동물(쥐) 모델을 제작했다.

임신혁 생명과학과·융합대학원 교수는 "실험 데이터 분석 결과, 장내 미생물이 전혀 없는 상태에서는 ASD 특유 행동 이상이 나타나지 않았다"며 "이를 통해 장내 미생물이 자폐증 증상 발현에 필수적이라는 사실을 확인했다"고 말했다.

연구팀은 또 장내 미생물이 뇌 속 면역세포 염증 반응을 촉진하고, 특정 염증성 T세포가 자폐증에 중요한 역할을 하는 것도 밝혀냈다.

임 교수는 "이 염증성 면역 경로를 차단하자 신경 염증이 줄고 행동 이상이 완화됐다"며 "장-면역-뇌를 잇는 새로운 메커니즘을 찾은 것"이라고 설명했다.

정밀 분석 결과도 공개했다. 장내 미생물이 신경전달물질인 ‘글루타메이트(glutamate)’와 ‘가바(GABA)’의 균형을 변화시켜 뇌 기능에 영향을 미친다는 것.

임 교수는 "이 균형은 뇌의 흥분과 억제 신호 조화에 필수적"이라며 "균형이 깨지면 행동 및 인지 기능 이상이 나타난다"고 부연 설명했다.

연구팀은 프로바이오틱스 후보 유전체를 분석해 대사산물 생성 및 흡수 능력을 예측하는 AI 기반 대사산물 예측 모델을 개발, 글루타메이트를 흡수하고 가바를 생성하는 프로바이오틱스 균주인 락토바실러스 루테리 균(L. reuteri IMB015)을 발굴했다.

연구팀은 'IMB015' 투여 결과, 대사 균형이 회복되고 신경 염증이 감소했으며 ASD 관련 행동 이상이 예방되는 효과를 확인했다.

임신혁 교수는 “자폐증을 단순한 유전 질환이 아니라, 장내 미생물 조절을 통해 관리할 수 있는 면역-신경계 질환으로 바라보게 하는 전환점을 마련했다”라며 이번 연구의 의미를 전했다.

임 교수는 또 "상용화도 눈에 보이지만, 현재는 펀딩 받는 문제와 시간이 당면 현안"이라며 "ASD에 영향을 미치는 미생물 군집에 대해 연세대학교와 중국 연구팀 등과 추가 연구를 진행 중"이라고 덧붙였다.

연구는 POSTECH 연구진과 임신혁 교수가 대표로 있는 ㈜이뮤노바이옴 간 긴밀한 산학협력을 통해 이뤄졌다.

(주)이뮤노바이옴은 난치성 질환이나 자가면역 질환 치료를 위해 박테리아 등 생균 기반 치료제를 개발 중이다.

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