[혁신스타트업 in 홍릉] 바이옴에이츠 “미생물 복합 균주 의약품의 리더 될 것”

동아닷컴
입력 2023년 1월 3일 12시 03분

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우리 몸 속의 미생물을 활용해 만드는 ‘마이크로바이옴 의약품’이 세계의 주목을 받는다. 이들 미생물의 수는 우리 몸을 만드는 세포의 수보다 많다고 한다. 미생물은 저마다의 역할을 하면서 서로 영향을 주고 받는다. 이 과정에서 우리 몸에 각종 질병을 일으키기도, 더러는 치료하기도 한다.

이 특성을 발견한 세계 의약 업계는 미생물의 상호 작용을 연구하는데 박차를 가했다. 2018년 미국이 ‘살아있는 바이오 의약품의 임상 가이드’를 공개하며 연구는 더욱 활발해졌다. 2022년 미국 식품의약국(FDA)이 마이크로바이옴 의약품의 품목 승인을 허가했다. 이에 2023년에는 세계 최초의 마이크로바이옴 질병 치료제가 나올 전망이다.

하지만, 마이크로바이옴 의약품 연구 개발은 아주 어렵고 힘들다. 미생물의 종류가 아주 많고, 이들의 상호 작용의 경우의 수는 더 많기 때문이다. 예를 들어 사람의 장내 미생물의 개수는 약 1,000 종으로 알려졌다. 이들이 상호 작용하는 경우의 수를 계산하면 무려 8조 개에 달한다.

고도로 발전한 데이터와 인공지능 분석 기술이 의료, 의약 영역의 연구를 지원한다. 연구하기 복잡하고 까다로운데다 수많은 변수도 있는 계산, 각종 실험을 돕는 덕분이다. 데이터와 인공지능 분석 기술이 이제 마이크로바이옴 의약품의 연구 개발을 돕는다. 홍릉강소연구특구 스타트업 ‘바이옴에이츠’의 연구 분야가 이것이다.

김용규 바이옴에이츠 대표는 독일의 과학 연구 기관 막스플랑크 연구소, 유럽분자생물학 연구소에서 10여 년 간 마이크로바이옴 기술을 연구했다. ‘네이처’를 포함해 세계 유수의 의학 잡지에 논문을 17편 기고했고 이 부문의 국제 특허도 3건 출원했다. 우리나라로 돌아와 대기업 미래기술연구소, 한국과학기술원에서 마이크로바이옴 의약품을 연구하던 그는 미생물 기술 가운데 ‘분변이식(건강한 사람의 분변 속 미생물을 환자에게 이식, 질병을 치료하는 기술)’을 주목했다.

마이크로바이옴 기술을 연구 중인 바이옴에이츠 임직원. 출처 = 바이옴에이츠

분변이식 기술이라고 하면 편견을 갖기 쉽다. 비위생적이며 효과도 제한될 것으로 생각하기 쉽다. 하지만, 분변이식 기술이 소화기 불치병인 ‘크론병’을 완화한 사례가 속속 보고됐다. 심지어 분변이식이 ‘자폐 증상’ 완화에 효과를 낸 사례도 있다. 김용규 대표는 이에 분변이식 속 미생물의 특성, 이들이 협력 혹은 경쟁하며 만드는 상호 작용 속에 혁신 의약품의 실마리가 숨어있을 것으로 전망했다.

김용규 대표와 함께 마이크로바이옴을 연구하던 김성기 CTO도 여기에 동의했다. 그 역시 10년 이상 우리나라 대기업에서 미생물과 건강기능식품을 개발, 숱한 인기 상품을 만든 인재다. 김용규 대표와 김성기 CTO는 이어 한국과학기술원 연구소의 연구원 인턴 제도의 도움을 받아 마이크로바이옴 연구 인재를 모았다. 그리고 2022년 4월 바이옴에이츠를 세운다.

바이옴에이츠가 다루는 것은 마이크로바이옴 의약품 가운데 ‘복합 균주’의 연구 개발을 돕는 플랫폼 ‘B-ATZ’다. 마이크로바이옴 의약품을 개발하는 방법은 크게 ‘분변이식’, ‘단일 균주’, ‘복합 균주’ 등 세 가지다. 앞서 예로 든 분변이식은 기본이다. 다만, 분변을 꼭 건강한 사람으로부터 공여받아야 하는 점, 간혹 환자를 사망에 이르도록 하는 치명적인 독성을 일으키는 단점이 있다.

이에 의약 업계는 단일 균주, 미생물 한 종을 활용한 마이크로바이옴 의약품을 연구 개발한다. 단일 균주의 장점은 작용기전의 연구가 상당 부분 이뤄진 점, 안전성이 높은 점이다. 하지만, 최근 초기 임상 결과에서는 제한적인 유효성, 임상 대상군에 따른 편향성이 관찰됐다.

분변이식과 단일 균주 마이크로바이옴 의약품의 단점을 해결할 것으로 주목 받는 것이 복합 균주, 미생물 여러 종을 활용하는 기술이다. 임상 2상까지의 연구 결과 복합 균주 마이크로바이옴 의약품은 분변이식과 대등한 유효성을 가진 것으로 조사됐다. 분변이식과 달리 균일한 시료를 대량 생산 가능한 장점도 있다. 단점은 앞서 예로 든, 미생물의 상호 작용의 경우의 수가 많아 연구 개발이 어려운 점이다.

그럼에도 세계 의약품 업계는 복합 균주 마이크로바이옴 기술을 주목한다. 미생물의 생물학 특성인 ‘공간 분포’를 충족하는 유일한 방식이어서다.

사람의 장의 길이는 소장 6m, 대장 1.5m에 달한다. 소장 상부에서 대장 말단까지 이 길고 넓은 공간 안에는 산소·영양분·다양한 화학 물질들이 들어차 물리화학적 농도 구배를 만든다. 이들 장내 미생물은 각자에게 가장 알맞은 환경에 분포한다. 그러면서 주변 미생물들과 작은 커뮤니티를 이뤄 상호 작용을 시도하고 상승 효과를 낸다.

이는 복잡해 보이는 장내 마이크로바이옴을 '기능 단위의 작은 커뮤니티가 연결된 구조'로 바라봐야 하는 이유다. 이를 이끌려면 복합 균주의 조합, 어떤 미생물을 선택해 어떤 형태로 우리 몸에 넣을 것인지를 섬세하고 정밀하게 조합해야 한다. 바이옴에이츠의 B-ATZ 플랫폼은 바로 이 복합 균주의 조합을 돕는다.

바이옴에이츠 B-ATZ 플랫폼은 ‘뱅크’와 ‘랩’, ‘솔버’로 구성한다. 뱅크는 장내 미생물 균주 은행이다. 김용규 대표는 바이옴에이츠가 우리나라에서 가장 많은 균주와 배양 정보를 가졌다고 말한다. 이들 균주를 공배양 실험해 상호 작용의 네트워크 맵을 만드는 것이 랩의 역할이다. 솔버는 이 결과를 토대로 독립 생장 가능한 최소 크기의 기능성 균주 조합을 제시한다.

김용규 대표는 B-ATZ 플랫폼의 핵심을 풍부한 균주 정보, 이를 분석해 복합 균주가 상호 작용하게 이끄는 네트워크 맵 기술이라고 소개한다.

지금까지 마이크로바이옴 의약품 기업들은 질환을 앓는 환자와 건강한 사람의 장내 미생물을 비교 분석하고, 동물 모델을 활용해 유효한 균주를 발굴하는데 집중했다. 단, 이 과정에서 유효한 균주가 환자의 장내에 성공적으로 안착해 기능을 발휘할 수 있을지는 다소 소홀히 여겼다.

바이옴에이츠의 B-ATZ 플랫폼으로 복합 균주의 조합을 알아내면, 미생물 균주의 고유의 특성은 물론 복합 균주가 우리 몸 속에 들어와 안착하도록 이끄는 효과를 낸다. 즉, 질환이나 균주 맞춤형 마이크로바이옴 의약품 개발이 가능하다. 물론, 미생물의 안전성과 대량 생산 가능성도 확보한다.

바이옴에이츠는 기존 단일 균주 마이크로바이옴 의약품의 완성도를 높이는 플랫폼 기술을 파트너 기업에 제공 예정이다. 나아가 마이크로바이옴 의약품의 시뮬레이션과 실험 데이터를 제공하고 CMC(Chemistry·Manufacturing·Controls, 의약품의 구조 결정과 제조 방법, 함량과 순도, 제형 특성 등을 증명하고 알리는 자료) 가이드, 제약 시스템과 공정 설계까지도 전달하려 한다.

우리 몸 속 미생물과 각종 질병과의 연관성을 증명한 논문은 꾸준히 보고된다. 이에 미생물을 활용한 마이크로바이옴 의약품의 연구 영역과 활용 범위도 꾸준히 넓어질 전망이다. 지금은 마이크로바이옴 의약품이 소화기 질병 치료제로 알려졌다. 이후에는 피부와 뇌 질환, 몸 속 곳곳에 발병한 암, 각종 감염증과 면역 질환의 혁신 치료제가 될 것으로 예상한다. 바이옴에이츠는 미생물 균주가 정확하고 활발하게 활동하도록 설계하는 B-ATZ 플랫폼으로 유효성과 안전성 모두 검증된 마이크로바이옴 의약품을 만들려 한다.

그랜드 K(GRaND-K) 예비창업 대회 대상을 수상한 바이옴에이츠. 출처 = 바이옴에이츠

바이옴에이츠의 실력과 성과를 우리나라 곳곳의 연구 기관이 인정했다. 홍릉강소연구특구는 의료·바이오·헬스케어 수요 기반 사업화 지원 사업 ‘H 리버스 트레인(H reverse Train)’, 상용화 전환 연구 지원 사업 ‘H 브릿지(H Bridge)’ 등 각종 사업으로 바이옴에이츠를 지원했다. 스타트업 창업과 운영을 도울 각종 멘토링과 교육도 제공했다. 김용규 대표는 그랜드 K(GRaND-K) 예비창업 대회 대상 수상으로 보답했다. 한국콜마홀딩스와 대웅제약 등 국내외 유수의 의약품 기업도 창업 지원과 투자를 단행, 바이옴에이츠를 직간접으로 도왔다.

바이옴에이츠는 이들 지원을 토대로 사업을 본격화한다. 면역 항암을 대상으로 B-ATZ 플랫폼의 효용과 성능, 정확도를 동물 실험을 통해 증명하고, 비임상 등 다음 단계를 준비한다. 더불어 김용규 대표는 바이옴에이츠의 기술을 활용해 고려대학교 의과대학과 듀센형 근이영양증 마이크로바이옴 의약품을 공동 연구한다. 한국과학기술연구원 뇌과학연구소와는 알츠하이머 마이크로바이옴 의약품을 공동 연구 중이다.

한국미생물생명공학회에서 기술을 발표하는 바이옴에이츠. 출처 = 바이옴에이츠

마이크로바이옴은 의약품 외에 건강기능식품과 화장품 소재로도 쓰인다. 이에 바이옴에이츠는 전략적 투자 기업과 함께 프로바이오틱스를 포함한 건강기능식품, 반려동물용 마이크로바이옴 제품, 화장품 소재도 만든다. 모두 2023년에 이룰 목표다.

김용규 대표는 “여러 기관의 지원 덕분에 연구 공간과 자금을 확보했다. B-ATZ 플랫폼 구축에 박차를 가하고 성과를 내 실력을 증명하겠다. 기존 마이크로바이옴 의약품 기업과의 상생 발전안도 마련했다. 이제 막 문을 연 복합 균주 마이크로바이옴 의약품 시장을 이끄는 리더가 되겠다.”고 밝혔다.

동아닷컴 IT 전문 차주경 기자 racingcar@itdonga.com