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사람 소장 닮은 미니장기 만들어 장내 미생물 연구한다

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사람 소장 닮은 미니장기 만들어 장내 미생물 연구한다

2020.08.11 12:00
손미영 한국생명공학연구원 줄기세포연구센터 책임연구원(가운데) 연구팀은 줄기세포로 키운 3차원 장 오가노이드로 미생물을 키울 수 있는 연구모델을 개발했다. 한국생명공학연구원 제공
손미영 한국생명공학연구원 줄기세포연구센터 책임연구원(가운데) 연구팀은 줄기세포로 키운 3차원 장 오가노이드로 미생물을 키울 수 있는 연구모델을 개발했다. 한국생명공학연구원 제공

성인의 소장과 똑같은 환경을 제공해 장내미생물을 키우고 연구할 수 있는 인공장기가 개발됐다.

 

손미영 한국생명공학연구원 줄기세포연구센터 책임연구원과 박두상 생물자원센터 책임연구원, 김상헌 한국과학기술연구원(KIST) 생체재료연구단 책임연구원 공동연구팀은 줄기세포로 키운 소장 인공장기(오가노이드)로 미생물을 키우고 관찰할 수 있는 연구모델을 개발했다고 이달 11일 밝혔다. 오가노이드는 줄기세포를 배합해 체외에서 장기와 비슷하게 키운 조직으로 유사장기라고도 부른다.

 

최근 인체에서 상호작용하는 미생물들의 총체적인 유전정보를 뜻하는 '마이크로바이옴' 연구가 활발하다. 미생물은 제 2의 장기라는 별칭을 얻을 만큼 인간의 건강과 질병에 밀접한 연관이 있어서다. 미생물 중 70%는 장에 밀집해 있다. 하지만 지금까지 장내미생물 연구는 실제 인체와 다른 환경인 평평한 판 위에 키우는 경우가 많아 실제 환경을 반영하지 못한 한계가 있었다. 이를 극복하기 위해 세포를 키워 장기와 비슷한 조직을 만드는 인공장기 ‘오가노이드’가 개발되고 있지만 실제 장기와 비슷한 기능을 갖게 하는 게 관건이었다.

 

연구팀은 다양한 종류의 세포로 분화할 수 있는 전분화능줄기세포로 장 오가노이드를 키운 후 몸 밖에서 자라게 하는 기술을 도입했다. 그 결과 장 오가노이드가 장내미생물이 장 상피세포에 붙어 자라기 위해 필수적인 단백질 ‘뮤신’을 분비하는 기능성 세포를 갖췄다. 세포가 분비한 뮤신은 실제 소장처럼 장 오가노이드 내부에 뮤신층을 만드는 것으로 나타났다. 장 오가노이드가 만드는 뮤신층과 이를 통한 장벽 기능은 성인의 소장과 비슷한 수준인 것으로 확인됐다.

 

장 오가노이드는 실제 미생물을 키울때도 효과적인 것으로 나타났다. 유산균 중 하나인 락토바실러스균을 넣었더니 뮤신층이 깔렸을 때 균이 8배 빠르게 증식하는 것을 확인했다. 락토바실러스균은 장 오가노이드의 내부에만 자라는 것으로 나타나 장 상피세포 표면에 잘 달라붙는 것도 확인됐다.

 

손 책임연구원은 “오가노이드 연구분야의 가장 큰 목표는 성인을 모사하는 수준 높은 고기능 인간 오가노이드를 다양한 연구를 위한 테스트베드로 제공하는 것”이라며 “체외성숙화 장 오가노이드는 장내미생물 생착과 증식이 가능한 최고 수준의 연구 모델로써 바이오분야 차세대 성장 동력으로 주목받는 ‘마이크로바이옴’ 기반 치료제 연구에 혁신적으로 활용될 수 있다”고 말했다.

 

연구결과는 6월 30일 국제학술지 ‘미국실험생물학회지’에 실렸다.

 

 

 

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