우리의 위는 하루에도 수없이 다양한 자극에 노출된다. 우리가 먹는 음식과 음료는 물론 위산과 세균까지 모두 위 점막에 영향을 줄 수 있다.

특히 위 점막은 이러한 자극으로부터 몸을 보호하는 첫 번째 방어막 역할을 한다.

 하지만 헬리코박터 파일로리균에 감염되면 위 점막에 염증과 손상이 반복되면서 위염과 위궤양은 물론 위암 위험까지 높아질 수 있다.

▲한국생명공학연구원 국가아젠다연구소 손미영 박사(가운데) 연구팀

현재는 여러 종류의 항생제를 함께 사용하는 치료법이 널리 쓰이고 있지만, 항생제 내성 증가와 부작용 등으로 새로운 위 건강 관리 전략의 필요성이 커지고 있다.

 한국생명공학연구원(원장 권석윤, 이하 생명연) 국가아젠다연구소 손미영 박사 연구팀은 사람의 위를 실제와 비슷하게 구현한 위 오가노이드를 활용해 헬리코박터균의 증식을 억제하고 위 점막을 보호하는 신규 프로바이오틱스 균주인 DS1073(Lactiplantibacillus plantarum 균종)을 선별하고 그 작동 원리를 규명했다.

이를 위해 연구팀은 국내에서 확보한 340개의 유산균 후보 가운데 헬리코박터 억제 효과가 우수한 균주를 먼저 선별한 뒤 사람 위 오가노이드에서 효능을 비교·분석했다.

 그 결과, DS1073은 헬리코박터균이 위 점막에 달라붙는 것을 효과적으로 막고 균의 생존력을 낮추는 것은 물론, 균이 위를 공격하는 데 필요한 여러 유전자들의 활성을 감소시키는 것으로 확인됐다.

 이어 실제 위를 보호하는 효과를 확인하기 위해 동물모델에서도 검증을 진행했다.

 DS1073을 투여한 실험동물은 헬리코박터균이 위에 정착하는 양이 감소했고, 위 점막의 염증도 크게 줄어들었다.

 또한 급성 위 점막 손상을 유도한 동물모델에서도 위 점막이 잘 보존됐으며, 점액층이 회복되고 위 조직 손상이 감소하는 효과를 확인했다.

 또한 유전자 분석을 통해 DS1073은 단순히 헬리코박터균을 억제하는 데 그치지 않고, 위 점막의 염증을 줄이고 손상된 조직의 회복을 돕는 여러 생체 신호를 조절해 위 점막을 보호하는 원리까지 밝혀냈다.

 이번 연구는 사람의 위와 유사한 오가노이드에서 후보 균주를 선별한 뒤 동물모델까지 연계해 효능과 작동 원리를 체계적으로 검증할 수 있는 연구 플랫폼을 제시했다는 점에서 의미가 크다.

 특히 생명연이 2024년 ㈜휴온스에 기술이전한 '인간 위 오가노이드 모델을 이용한 인체 유래 신규 균주 발굴 기술'의 과학적 타당성을 국제학술지에서 입증했다는 점에서도 의미가 있다.

 앞으로 기능성 식품과 위 건강 관리 소재 개발은 물론, 헬리코박터균 감염 예방과 기존 치료를 보완하는 비항생제 기반 기술 개발에도 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.

 연구책임자인 손미영 박사는 "이번 연구는 사람의 위를 닮은 오가노이드를 활용해 신규 프로바이오틱스 균주의 효능을 보다 정확하게 검증할 수 있음을 보여준 사례"라며, "앞으로 이 플랫폼을 활용해 위 건강뿐 아니라 다양한 질환에 적용 가능한 기능성 균주와 마이크로바이옴 소재를 지속적으로 발굴해 나갈 계획이다."라고 말했다.

 한편, 이번 연구성과는 세포 신호전달 및 생명과학 분야 국제학술지 Cell Communication and Signaling (IF=11.6) 5월 20일자 온라인판에 게재되었으며, (논문명: Lactiplantibacillus plantarum DS1073 protects the gastric mucosa under Helicobacter pylori infection and ethanol stress / 교신저자: 생명연 손미영·이무승·박두상 박사 / 제1저자: 생명연 손예슬 박사)

 국가과학기술연구회(NST) 전략연구사업 및 과기정통부 바이오·의료기술개발사업, 식약처 동물대체시험 실용화를 위한 표준화 연구사업, 생명연 주요사업의 지원으로 수행되었다.

그림. 인간 위 오가노이드 기반 신규 유산균 발굴 및 효능 검증