연세대 이인석 교수팀, 세계 최대 실험쥐 장내 바이러스 지도로 ‘노화’ 예측

2만 8천여 종 바이러스 카탈로그 구축…기존 DB 대비 종 다양성 68% 확대 장내 바이러스, 세균 조절 넘어 숙주 생리 상태 반영하는 신규 바이오마커 가능성 입증 국제학술지 ‘Nature Communications’ 게재…인체 장 및 구강 바이러스 카탈로그 추가 공개 예정

(왼쪽부터) 연세대학교 이인석 교수, 김한준 박사과정생. © 연세대학교병원

국내 연구진이 장내 바이러스의 유전자 정보만으로 개체의 노화를 예측하는 기술적 기반을 마련하며, 마이크로바이옴 연구의 영역을 세균 중심에서 바이러스 영역까지 전격 확장했다.

연세대학교(총장 윤동섭) 생명시스템대학 이인석 교수 연구팀은 국내외에서 확보한 2,638개의 장내 메타게놈 데이터를 분석해 109,778개의 바이러스 유전체와 28,824종의 바이러스를 포함하는 세계 최대 규모의 실험쥐 장내 바이러스 유전체 카탈로그(MRGV)를 구축했다고 27일 밝혔다.

우리가 흔히 마이크로바이옴이라 부르는 인체 미생물 생태계는 그동안 장내 세균을 중심으로 연구되어 왔다. 그러나 최근 장내에 세균 수에 맞먹는 수의 바이러스가 존재하며, 이들 대부분이 세균을 숙주로 삼는 ‘박테리오파지(bacteriophage)’로서 세균의 증식과 유전자 교환을 조절한다는 사실이 밝혀졌다. 이에 미국 국립보건원(NIH)이 ‘휴먼 바이롬 프로젝트(Human Virome Program)’를 착수하는 등 글로벌 관심이 높아졌으나, 정작 장내 바이러스의 종류와 구조에 대한 참조 데이터가 부족해 연구에 난항을 겪어왔다.

연구팀이 이번에 구축한 카탈로그(MRGV)는 기존 데이터베이스 대비 바이러스 종 다양성을 약 68%나 확대했으며, 과거 기술로는 복원되지 못했던 수십만 개의 바이러스 유전체를 새롭게 복원해 완성도를 획기적으로 끌어올렸다.

특히 연구팀은 이 카탈로그를 활용해 장내 바이러스 정보만으로도 생쥐의 나이를 높은 정확도로 예측할 수 있음을 입증했다. 노화 예측에 크게 기여한 바이러스 대부분은 기존 기술로 발견되지 않았던 미지의 신규 바이러스들로, 장내 바이러스가 세균 감염을 넘어 숙주의 생리적 변화와 노화 상태를 반영하는 정밀 바이오마커로 활용될 수 있음을 시사한다.

연구를 이끈 이인석 연세대 교수는 “이번에 구축한 바이러스 카탈로그는 노화는 물론 염증성 장질환, 비만, 당뇨, 암 등 다양한 질환의 진단 및 치료 기술 개발을 위한 표준 참조 데이터베이스로 활용될 것”이라며 “현재 구축을 완료한 세계 최대 규모의 인체 장 및 구강 바이러스 유전체 지도까지 조만간 공개되면 마이크로바이옴 연구는 바이러스를 아우르는 새로운 차원으로 진화할 것”이라고 포부를 밝혔다.

한편 연세대 김한준 박사과정생이 단독 제1저자로 참여하고 연세대 변상균 교수 및 미국 하버드의대 마틴 헴버그(Martin Hemberg) 교수가 공동 참여한 이번 연구는 한국연구재단과 구강마이크로바이옴 연구센터(K-OMRC), 연세대 바이오센테니얼융합연구원(BCCI)의 지원으로 수행됐으며, 세계적 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 7월 21일 자로 게재됐다.