디지털 트윈 가상세포 모델 활용
개인별 식이습관, 마이크로바이옴 조성에 따른 최적의 균주 배합 예측 가능
[서울=뉴스핌] 소가윤 기자 =성균관대학교는 이동엽 교수 연구팀(화학공학 고분자공학부)이 디지털 기술을 활용해 개인맞춤형 마이크로바이옴 기반의 차세대 프로바이오틱스 디자인 기술을 최초로 공개했다고 7일 밝혔다.
연구팀은 디지털 트윈 가상세포 모델과 오믹스·마이크로바이옴을 비롯한 빅데이터를 통합적으로 활용해 다양한 프로바이오틱스 균주를 컴퓨터로 분석·평가한 후 최종적으로 개인별 맞춤형 균주를 선정할 수 있는 설계 기술을 개발했다.
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| 성균관대 이동엽 교수 연구팀이 디지털 기술을 활용해 공개한 개인맞춤형 마이크로바이옴 기반의 차세대 프로바이오틱스 디자인 기술. [사진=성균관대] 소가윤 기자 = 2022.12.07 sona1@newspim.com |
'디지털 트윈 가상세포 모델'은 실제 세포의 유전체 정보로부터 수학적으로 디지털화한 소위 '세포 네비게이터' 혹은 '세포 아바타'이다. 이를 활용하면 여러 환경 조건에서 실제 세포 상태를 모사하고, 세포의 변화 양상을 예측할 수 있다.
연구팀은 디지털 가상세포을 활용해 다양한 식이조건에서 여러 균주들의 생장, 군락화 능력, 건강 기능성 물질(포스트바이오틱스) 생산과 장내미생물과의 상호작용 등을 컴퓨터에서 미리 평가해 개인에게 최적화된 균주를 선정하는 새로운 접근법을 제시했다.
연구팀은 배양 실험, 동물 실험, 균주 공동배양 실험을 통해 예측 결과와 실험 결과가 매우 유사하다는 것을 확인했으며 개발한 설계기술을 성공적으로 검증했다.
이 교수는 "현재는 단일 균주에서 다양한 복합 균주의 조합과 배합을 선정하는 연구로 확대하는 단계"라며 "이번 연구를 기반으로 건강기능식품뿐만 아니라 바이오 화장품과 마이크로바이옴기반 생균치료제 신약 개발에도 프로바이오틱스를 적극적으로 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구사업, 농기평의 고부가가치 식품기술개발사업과 연구개발특구진흥재단의 화이트바이오 혁신 클러스터 사업의 지원으로 이뤄졌으며 싱가포르 국립연구소 A*STAR와 공동으로 진행됐다.
연구 결과는 과학분야 국제학술지 Cell Reports에 지난 6일 온라인으로 게재됐다.
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