최근 환경 변화와 더불어 미생물 변이에 의한 변종, 신종 미생물이 출현하면서 현재 미생물학계에서는 단일 생물종의 유전체 해독 연구를 넘어 특정 환경에서 수집한 샘플에 함유된 유전체를 분석하기 위해 각 환경의 미생물 군집을 파악하고자 하는 meta-genomics 연구가 활발히 수행되고 있다.
배양법의 한계를 극복하고 자연환경에 존재하는 미생물 군집을 있는 그대로 유전자 수준에서 해독하기 위해 16S rRNA 유전자 염기서열 등 여러 가지 분자생물학적인 실험 방법들이 개발되고 있다.
특히 NGS에 의한 염기서열 분석이 가능해지고 메타게놈의 광범위한 염기서열 해독으로 미생물 유전체 서열 정보를 확보하기 시작하면서 메타제노믹스(metagenomics), 즉 배양이 불가능한 미생물 유전체를 분석하는 분야에 대한 관심이 높아지고 있다.
특히 차세대 염기서열 해독 기술(NGS)의 발전으로 미생물 분석은 큰 변화가 일어나고 있는 가운데, 미생물 구성원간의 연결구조와 그에 영향을 미치는 환경적 요인을 밝히기 위한 마이크로바이옴 연구는 2000년대에 메타게노믹스와 유전자 시퀀싱 기술이 일반화되면서 본격적으로 시작되었다.
염기서열 연구는 소재 확보를 위해 유전체 정보를 이용한 분석에까지 활용하기 시작하였는데, 이러한 미생물 유전체 분석은 악성종양, 감염질환, 장질환과 같은 질병뿐만 아니라 환경, 농축산업 등 다양한 분야에서 활용이 가능한 것으로 알려지고 있다.
마이크로바이옴 관련 연구들이 다양한 미생물 군집의 서열 분석을 통해 데이터를 축적하고, 관련 질환과의 상호관계를 규명하는 방식으로 이뤄지고 있는 가운데, 마이크로바이옴 분석은 검체 수집 방법, 검체 처리 방법, 실험 방법, 데이터 분석 방법 등에 따라 결과가 매우 다르게 나올 수 있고, 식이, 약제 등 외부 영향을 많이 받아 그 구성이 다양하게 변화할 수 있으므로 검체 수집, 처리 등 마이크로바이옴 분석 기술에 대한 표준화가 이루어져야 한다.
이에 IRS글로벌은 마이크로바이옴 관련 분야에 관심이 있는 기관ㆍ업체의 실무담당자들에게 연구개발, 사업전략 수립에 도움이 되기를 바라는 마음으로 조사를 기획하였다. 마이크로바이옴 관련 연구개발 및 사업을 진행하는 관계자들에게 유용한 정보로 활용되어 크게는 국내 바이오산업의 경쟁력 강화에 기여할 수 있는 자료가 되기를 기대해본다.
◎ 목차
Ⅰ. 마이크로바이옴 개요 및 NGS 유전체 분석
1. 마이크로바이옴(Microbiome) 개요
1-1. 마이크로바이옴(Microbiome) 등장 배경 및 개념
1-1-1. 마이크로바이옴(Microbiome) 등장 배경
(1) 마이크로바이옴이 인체 건강에 미치는 영향
(2) 마이크로바이옴의 중요성
1-1-2. 마이크로바이옴 개요 및 역할
(1) 마이크로바이옴(Microbiome) 개요
(2) 마이크로바이옴(Microbiome)의 역할
① 영양분 흡수
② 약물대사 조절
③ 면역체계 조절
④ 감염성 질환 예방
(3) 장내 미생물의 불균형과 코로나 연관성
1-2. 미생물과 건강 및 질병과의 관계
1-2-1. 식습관과 마이크로바이옴
1-2-2. 장내 미생물
(1) 장내 미생물 개요
(2) 장내 미생물 생태계
1-2-3. 장내 미생물과 질병과의 관계
1-2-4. 장내세균
(1) 중간균(기회균)
(2) 유익균
(3) 유해균
1-3. 휴먼 마이크로바이옴(Human Microbiome)
1-3-1. 마이크로바이옴 분류
(1) 인체 마이크로바이옴
(2) 장내 마이크로바이옴
① 박테로이스(Bacteroides) 타입
② 프리보텔라(Prevotella) 타입
③ 루미노코크스(Ruminococcus) 타입
(3) 식물 마이크로바이옴
1-3-2. 휴먼 마이크로바이옴(Human Microbiome) 개요
(1) 프로바이오틱스(probiotics)
(2) 구강유산균
(3) 대변 미생물 이식술(Fecal Microbiota Transplantation, 분변 이식)
① 대변 미생물 이식((FMT)의 개념
② 대변 미생물 이식((FMT) 과정
③ 대변 미생물 이식((FMT)의 안전성
④ 대변 은행(Stool Bank)
1-4. 마이크로바이옴 기반 신약
1-4-1. 기존 의약품의 한계
1-4-2. ‘게임 체인저’로 마이크로바이옴 신약
2. 마이크로바이옴 연구와 NGS 유전체 분석 기술
2-1. 유전체학
2-1-1. 유전체 분석 개요
(1) 유전체 개념
(2) 유전자 변이(genetic variation)
(3) 유전정보 분석의 종류
① 전장 유전체 분석(Whole Genome Sequencing, WGS)
② 전장 엑솜 분석(Whole Exome Sequencing, WES)
③ 유전자 패널 분석(Gene Panel)
④ 단일염기다형성 분석(Single Nucleotide Polymorphism, SNP)
2-1-2. 유전체 정보분석
(1) 단일 유전자 검사(Sanger sequencingㆍ생어시퀀싱)
(2) 휴먼게놈프로젝트(Human Genome Project)
(3) 차세대 염기서열 분석(Next Generation Sequencing)
2-2. 차세대 염기서열 분석(NGS) 기술
2-2-1. 차세대 염기서열 분석(NGS) 기술 개요
2-2-2. NGS 장내균총 분석(Gut Microbiota Analysis, GMA)
2-3. 유전체 개인맞춤분석
2-3-1. 개인 유전정보 분석
2-3-2. 유전체 기능 분석(functional genomics)
2-4. 정밀의료(Precision Medicine)
2-4-1. 정밀의료의 개념
2-4-2. 정밀의료(Precision Medicine)의 분야 기술 동향
Ⅱ. 마이크로바이옴 관련 연구 및 기술 개발 동향
1. 주요 분야별 마이크로바이옴 연구개발 동향
1-1. 마이크로바이옴 연구 개발 동향
1-1-1. 16S rRNA(16S ribosomal RNA) 앰플리콘 시퀀싱
1-1-2. 메타게놈 샷건 시퀀싱(shotgun sequencing)
1-1-3. 단세포 분석(Single Cell Analysis, SCA)
1-1-4. 메타 전사체학(Metatranscriptomics)
1-1-5. 메타 프로테오믹스(단백질체학, proteomics)
1-1-6. 메타블로믹스(metabolomics, 대사체학)
1-1-7. 마이크로바이옴 기반 바이오마커(bio-marker)
1-2. 휴먼 마이크로바이옴 연구개발 동향
1-2-1. 장내 미생물과 아토피성 피부염(Atopicdermatitis)
1-2-2. 장내 미생물과 자폐증(autism)
1-2-3. 장내 미생물과 죽상동맥경화증
1-2-4. 장내 미생물과 암(cancer)
1-2-5. 장내 미생물과 알츠하이머와 파킨슨 질환(Alzheimer & Parkinson's disease)
1-2-6. 장내 미생물과 클로스트리디움 디피실 감염성 장염
1-2-7. 장내 미생물과 조현병(Schizophrenia)
1-2-8. 장내 미생물과 불안장애, 우울증(Depression)
1-2-9. 장내 미생물과 다발성 경화증(multiple sclerosis, MS)
1-2-10. 장내 미생물과 당뇨병, 제2형 당뇨(type 2 diabetes)
1-2-11. 장내 미생물과 염증성 장질환(inflammatory bowel disease: IBD)
1-2-12. 장내 미생물과 비만(obesity)
1-2-13. 장내 미생물과 과민성 대장증후군(irritable bowel syndrome: IBS)
2. 국내외 연구개발 진행 동향 및 시장 전망
2-1. 국내 마이크로바이옴 연구 동향
2-2. 국외 연구 동향
2-2-1. 국제인체마이크로바이옴 컨소시엄(IHMC)
2-2-2. 미국 마이크로바이옴 프로젝트
(1) 인체 마이크로바이옴 프로젝트(Human Microbiome Projoect, HMP)
(2) 국가 마이크로바이옴 이니셔티브(National Microbiome Initiative, NMI)
(3) 지구 마이크로바이옴 프로젝트(The Earth Microbiome Project, EMP)
2-2-3. 유럽 인체 장내 메타지노믹스(MetaHIT) 프로젝트
2-2-4. 일본의 휴먼 메타게놈 컨소시움 재팬(HMGJ) 프로젝트
2-3. 미생물군의 이용 및 제어기술의 상황
2-3-1. 미생물군 제어 시장의 규모 예측
(1) 식품과 장내미생물군
(2) 농업용 미생물군
(3) 배수처리와 미생물군
2-3-2. 특허 출원과 논문 발표 동향
(1) 식품과 장내미생물군
① 특허 출원
② 논문 발표
(2) 농업용 미생물군
① 특허 출원
② 논문 발표
(3) 배수처리와 미생물군
① 특허 출원
② 논문 발표
2-3-3. 표준화 동향
2-4. 주요 지역별 정책 추진 동향
2-4-1. 미국의 동향
2-4-2. 유럽의 동향
2-4-3. 아시아의 동향
2-4-4. 일본의 동향 |
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