한국식품연구원(원장 박동준, 이하 식품연)은 식품기능연구본부 최인욱 박사 연구팀이 다중오믹스 기반 생물정보를 활용해 천연물의 질병예방효능을 예측할 수 있는 플랫폼 기술 Bio-FINE을 개발했다고 18일 밝혔다.

인류는 초고령사회 진입에 따라 건강수명연장이 무엇보다 중요하며 질병의 치료 못지않게 질병예방에 더욱 집중해 삶의 질을 높이려는 노력이 필요하다. 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 활용해 신규 치료제 개발이나 건강기능성 식품소재로 개발하고자 하는 연구가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 그러나 통상적으로 in vitro 세포실험, 동물실험 등의 과정을 통해 많은 노력과 시간, 예산이 투입돼야 하는 점 등이 천연물의 고부가가치 식·의약소재 산업화에 큰 걸림돌이 되고 있다. 

이번에 연구진이 개발한 천연물 효능 예측시스템(Bio-FINE)은 다중오믹스기반의 생물정보분석을 통해 다양한 천연물 소재의 기능성을 빠르고 정확하게 계산·예측할 수 있는 시스템이다. 연구진은 천연물에 의한 유전자 발현조성 변화, 기능성별 유전자 마커의 헤어핀 RNA 정보(shRNA), 환자 유전자 빅데이터 등 정보를 활용해 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 구축했다. 

특히 천연물 단독뿐만 아니라 2~3종이 혼합된 천연물의 경우에도 기능성을 예측할 수 있는 시스템을 완성했으며, 개별인정원료를 대상으로 Bio-FINE의 정확성을 검증한 결과, 18종의 기능성 중 15종을 정확히 예측(정확도 83.3%)했다. 질환개선 효능 예측에 대한 정확성 검증은 기존의 치료효과가 알려진 약물들에 대한 in silico 검증을 통해 확인했다.

또한 Bio-FINE으로부터 면역증진 및 간 건강증진 효능이 예측된 천연물 2종은 동물실험 등을 통한 검증을 거쳐 산업체에 기술이전했다. 천연물 예측시스템 구축과 이를 통해 얻은 정보를 DB화하고, 효능 예측과 결과해석 정보를 얻을 수 있도록 network view[붙임3], pathway view 등의 기능을 갖춘 Bio-FINE 웹을 구축해 플랫폼으로서 기능을 구현했다.

현재 원산지 이력추적과 대량생산이 가능한 천연물 40여 종에 대한 단독 또는 2,000여 조합에 대한 생리활성 예측 결과를 DB화했으며, 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.

이번 연구성과는 과기정통부의 ‘천연물 효능 예측 DB(Bio-FINE) 구축사업(2018~2020)’의 지원을 받아 수행됐다.   /김윤상 기자