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2026년 11월 06일 15:22 권현수 기자

가톨릭대·이화여대, 3차원 장내 미생물-숙주 공배양 체계 개발

강남주·김봉수 교수 공동 연구…혐기성 미생물 배양 한계 극복

가톨릭대학교는 강남주 생명공학과교수 연구팀이 김봉수 이화여대 식품영양학과 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 인간 대장 환경 모사 3차원 공배양 플랫폼'을 개발했다고 6일 밝혔다.

이번 연구 결과는 미생물학 분야 국제학술지 'Gut Microbes'(영향력지수 15.3)에 게재됐다.

인간의 장내 미생물은 장 건강과 면역 항상성 유지에 핵심적인 역할을 담당한다. 그러나 기존 세포배양 모델은 호기성인 인간 세포와 엄격한 혐기성 환경이 필요한 장내 미생물을 동시에 배양하는 데 기술적 한계가 있었다. 장 오가노이드나 장기칩(Gut-on-a-chip) 역시 조직 구조 재현에는 강점이 있으나, 면역세포와 혐기성 미생물을 복합 배양하려면 별도의 장비가 필요했다.

연구팀이 개발한 플랫폼은 장 상피세포, 면역세포, 혐기성 장내 미생물을 공간적으로 분리된 층에 배치해 각각의 생존 환경을 유지하면서도 대사물질과 신호분자를 통한 교류가 가능하도록 설계됐다. 특히 범용 세포배양 장비로 구현할 수 있어 실험 접근성을 높였으며, 각 배양층에서 독립적으로 시료를 확보해 숙주와 미생물의 유전자 발현 및 대사 반응을 동시에 분석할 수 있다.

연구팀은 이 플랫폼을 활용해 비피도박테리움 비피둠(Bifidobacterium bifidum)과 아나에로스티페스 카카에(Anaerostipes caccae)의 대사적 협력을 분석한 결과, 공동 배양 시 장 건강에 유익한 단쇄지방산인 부티르산(butyrate)의 생성이 증가함을 확인했다. 또한 숙주 세포와의 공배양 과정에서 상피세포의 미토콘드리아 호흡 활성이 높아지고 장벽 관련 기능이 유지되는 등 양방향 상호작용이 분자 수준에서 입증됐다.

연구결과는 개별 미생물 기능 평가를 넘어 미생물 간 협력과 숙주 세포의 생리적 반응을 단일 플랫폼에서 분석할 수 있는 기반을 마련했다는 평가를 받고 있다. 프로바이오틱스, 마이크로바이옴 기반 기능성 소재 및 치료 후보물질의 작용 기전 규명과 초기 효능 평가 등에 폭넓게 활용될 전망이다.

이번 연구는 강 교수와 김 교수가 공동 교신저자로 참여했으며, 김태원 가톨릭대 박사과정생과 박준영 한림대 박사과정생이 공동 제1저자로 이름을 올렸다.

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