초기 생체내 실험 통해 후보물질 발굴 후
포유류 질환 동물모델서 효능 실험 등 거치면
더 강력한 효과의 후보물질 발굴할 수 있을 것

심재원 한국식품연구원 천연물대사연구단 선임연구원

[식품저널] 인구 고령화와 함께 건강기능식품에 대한 관심과 시장규모가 점차 증가하고 있다. 자연스레 새로운 종류의 기능성을 인정받기 위한 건강기능식품 개발 연구도 활발히 이루어지고 있다.

기능성 식품 원료 발굴은 우선 실험실 수준에서 세포와 동물실험을 통해 이루어진다. 발굴 및 개발된 기능성 식품 원료물질은 실험실 단계에서 세포를 모델로 하여 시작해 임상시험까지 과정을 거치게 된다. 하지만, 현재까지 초기 발굴실험에서 주를 이루었던 세포모델을 이용한 실험은 발굴한 기능성 식품 원료가 동물모델 및 임상시험에서 기대만큼 큰 효과를 보이지 않는 경우가 많아 추가 노력과 비용, 시간이 소요됐다.

이와 같은 실험실 내 세포모델의 한계를 극복하고자, 처음부터 동물모델을 이용해 신규 기능성 및 기능성 식품 원료에 접근하는 경우가 있으나, 이를 위한 초기 발굴실험에 소요되는 노력과 비용을 고려하면 쉽게 선택하기 어렵다.

이러한 한계를 극복하고자 최근 비포유류 모델을 이용한 초기 생체내(in vivo) 발굴실험(스크리닝) 시스템에 관심이 커지고 있다. 무엇보다 상대적으로 적은 노동력과 비용으로, 실험실 시험관 내 세포실험에서는 확인할 수 없는, 생물체에서 효과를 직접적으로 확인할 수 있다는 점에서 장점이 크다.

발굴하고자 하는 소재의 효능이 단지 목표하는 생체 기관에만 작용할 수도 있지만, 다른 생체 기관 간의 상호작용에 따라 효능을 보일수도 있으므로 생체내 발굴실험이 가지는 의미는 크다. 같은 이유로 목표하는 기관 및 세포에서 효능이 있다하더라도 다른 기관과 상호작용으로 그 효능이 생체 내에서 없어질 수도 있다.

따라서 이런 이유로 초기 발굴실험 방법으로서 비포유류 생체 모델은 장점이 크다. 대표적인 생체 모델로는 꼬마선충, 제브라피쉬와 초파리 등이 있고, 이들 모두 유전자 염기서열 분석 등 생물학적 기반 연구가 활발하다.

대표적인 비포유류 생체 모델인 초파리는 게놈 분석으로 인간 질병 유발 유전자의 75%가 보존돼 있다는 사실이 알려져 있다. 특히 파킨슨병, 헌팅턴병과 같은 퇴행성 신경계질환 구조 분석에 초파리를 이용한 연구가 지대한 공헌을 했고, 유사한 연구가 계속 되고 있다.

뿐만 아니라 당뇨병 등 대사성 질환, 생체시계, 장내미생물, 수면, 우울 및 행동이상, 초기면역 등 거의 전 생물학 영역에서 질병모델이 구축돼 있고, 이를 기반으로 한 연구가 초파리를 통해 활발히 이루어지고 있다.

더불어 초파리는 실험에 적합한 수준으로 실험실 내에서 조작이 가능하다. 한 쌍의 부모세대는 10일 만에 200여 마리의 자손을 낳는다. 단시간 동안 많은 수의 자손 공급은 대규모 소재 탐색 실험 과정에 큰 장점으로 작용한다.

앞서 언급한 이유로 기능성 식품뿐만 아니라, 신약 개발 후보물질 발굴에도 비포유류 생체 모델을 이용해 생체내 탐색실험을 하고 있다. 이렇게 초기 생체내 실험으로 발굴 후 포유류 질환 동물모델에서 효능 실험 등 과정을 거치면, 더 강력한 효과의 후보물질을 발굴할 수 있을 것으로 생각되며, 보다 효과적인 건강기능식품 개발로 이어지길 기대한다.