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염증 감지해 장 점막 복구하는 유전자 조작 프로바이오틱스 개발
알파경제
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중국 후난대학교와 후난농업대학교 공동 연구진은 염증성 장질환(IBD)의 진단과 치료 기능을 결합한 공학적 프로바이오틱스 시스템을 개발했다고 밝혔다.
연구 결과는 국제학술지 '셀 리포츠(Cell Reports)'에 발표됐다.
연구진은 염증성 장질환 환자의 장 점막에서 활성산소종(ROS)이 증가하고, 그 수준이 질환의 중증도와 관련된다는 점에 주목했다.
이를 활용해 프로바이오틱스 대장균 니슬레 1917(E. coli Nissle 1917)에 활성산소를 감지하는 유전자 회로를 도입했다.
이 균주는 장내 활성산소가 증가하면 이를 감지해 생물발광 신호를 생성하도록 설계됐다. 이를 통해 장 염증 상태를 비침습적으로 감지할 가능성을 제시했다.
연구진은 여기서 한 단계 더 나아가 염증이 발생한 부위에서 치료물질을 방출하도록 균주를 개량했다.
핵심 물질은 인터루킨-22(IL-22)와 항체의 Fc 영역을 결합한 IL-22-Fc 융합단백질이다.
IL-22는 장 상피세포의 재생과 점막 장벽 회복에 관여하는 면역 신호물질이다. 개량된 균주 EcN-IL22는 염증 환경에서 IL-22-Fc를 국소적으로 분비하도록 설계됐다.
실험 결과 이 치료물질은 장 상피세포의 IL-22 수용체와 STAT3 신호경로를 활성화해 상피 장벽 회복과 장 줄기세포 증식을 촉진했다.
연구진은 장 조직 재생과 관련된 후보 유전자 TRIP13과 FIGNL1도 확인했다.
생쥐 대장염 모델에서 해당 균주는 염증으로 인한 조직 손상을 완화했으며, 새끼 돼지 대장염 모델에서도 보호 효과가 관찰됐다.
특히 염증이 발생했을 때만 치료물질을 분비하도록 설계해 정상 상태에서 불필요한 약물 방출을 줄일 수 있다는 점이 특징이다.
연구진은 이번 기술이 장내 염증을 감지하는 기능과 손상된 점막을 회복시키는 기능을 하나의 미생물 플랫폼에 통합했다고 설명했다.
연구진은 향후 염증성 장질환 환자에게 적용할 수 있는 진단·치료 통합형 생균 치료제로 발전시키기 위한 추가 연구를 진행할 계획이다.