초고령사회 진입에 따라 건강수명연장이 무엇보다 중요하며 질병의 치료 못지않게 질병예방에 더욱 집중하여 삶의 질을 높이려는 노력이 필요하다.

한국식품연구원(원장 박동준, 이하 식품(연)) 식품기능연구본부 최인욱 박사 연구팀은 다중오믹스 기반 생물정보를 활용하여 천연물의 질병예방효능을 예측할 수 있는 플랫폼 기술 'Bio-FINE'(바이오-파인)을 개발했다고 밝혔다.

Bio-FINE은 Bio-informatics based Functionality Inference of Natural Extracts의 줄임말로 '자연 추출물의 생물정보학 기반 기능성 추론'을 일컫는다. 

오믹스는 유전체(gene), 전사체(transcriptome), 단백질체(proteome)등 생물학적 정보를 총망라하여 분석하는 기술이다. 플랫폼 기술는 신제품 개발과 생산시스템에 범용적으로 활용되는 표준화된 하드웨어 및 소프트웨어 기술이다. 생물정보학은 생물학 분야의 해석을 통계학과 컴퓨터 장비의 도움을 받는 방식의 학문이다.

세계보건기구(WHO) 산하 국제암연구소(IARC)에 따르면, 암 사망의 30%는 식이요인에 의해 비롯된다고 하며, 생명유지에 필수적인 영양소 섭취뿐만 아니라 질병예방에 도움을 주는 다양한 생리활성성분들의 섭취가 무엇보다 중요하다고 한다.

각종 천연물에는 생리활성 성분들이 다양하게 존재하기 때문에 이들을 활용하여 신규 치료제 개발이나 건강기능성 식품소재로 개발하고자 하는 연구가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다.

하지만 통상적으로 in vitro(인 비트로) 세포실험, 동물실험 등의 과정을 통해 많은 노력과 시간, 예산이 투입되어야 하는 점 등이 천연물의 고부가가치 식·의약소재 산업화에 큰 걸림돌이 되고 있다. In vitro 검증은 통상 임상화학검사나 연구에 있어서 시험관내에서 행하는 행위를 말한다.

천연물 효능 예측시스템(Bio-FINE)은 다중오믹스기반의 생물정보분석을 통해 다양한 천연물 소재의 기능성을 빠르고 정확하게 계산·예측할 수 있는 시스템이다.

천연물 효능예측을 위한 유전자발현 네트워크 및 웹사이트 구축 [자료=한국식품연구원]

천연물에 의한 유전자 발현조성 변화, 기능성별 유전자 마커의 헤어핀 RNA 정보(shRNA), 환자 유전자 빅데이터 등 정보를 활용하여 국내 개별인정형 건강기능식품 생산의 90% 이상을 차지하고 있는 면역기능 개선, 항산화, 장 건강 개선, 체지방 감소 등 10종의 기능성과 비만, 고혈압 등과 같은 16종의 질환에 대한 천연물의 개선 효능을 예측하는 시스템을 구축하였다.

유전자 발현은 DNA가 전사되는 것을 말한다. shRNA는 짧은 헤어핀(short hairpin) RNA 또는 헤어핀 RNA는 타이트한 회전을 갖게 인위적으로 제작된 RNA분자로서 RNA간섭을 통해 표적 유전자 발현을 억제(knock down)시키는 목적으로 사용한다.

특히 천연물 단독뿐만 아니라 2~3종이 혼합된 천연물의 경우에도 기능성을 예측할 수 있는 시스템을 완성하였으며, 개별인정원료를 대상으로 Bio-FINE의 정확성을 검증한 결과, 18종의 기능성 중 15종을 정확히 예측(정확도 83.3%)하였다. 

질환개선 효능 예측에 대한 정확성 검증은 기존의 치료효과가 알려진 약물들에 대한 in silico (인 실리코)검증을 통하여 확인하였다. In silico 검증은 컴퓨터 모의실험 또는 가상실험을 뜻하는 생명정보학 용어다.

또한 Bio-FINE으로부터 면역증진 및 간 건강증진 효능이 예측된 천연물 2종은 동물실험 등을 통한 검증을 거쳐 산업체에 기술이전 하였다.

천연물 예측시스템 구축과 이를 통해 얻은 정보를 DB화하고, 효능 예측과 결과해석 정보를 얻을 수 있도록 네트워크뷰(network view), 패스웨이뷰(pathway view) 등의 기능을 갖춘 Bio-FINE 웹을 구축하여 플랫폼으로서 기능을 구현하였다.

현재 원산지 이력추적과 대량생산이 가능한 천연물 40여 종에 대한 단독 또는 2,000여 조합에 대한 생리활성 예측 결과를 DB화 하였으며, 천연물 100종 이상에 대한 DB가 완성되면 정보를 개방할 예정이다.

이를 통해 천연물 식의약 소재 산업이 고부가가치 신성장 산업으로 발전하는데 Bio-FINE 플랫폼 기술이 유용하게 활용될 수 있도록 할 예정이다. 본 성과는 과기정통부의 '천연물 효능 예측 DB(Bio-FINE) 구축사업'(’2018~’2020)의 지원을 받아 수행되었다.

이광조 기자  lgj@youngnong.co.kr

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