오태광의 바이오 산책 <31> 생체표지자(生體標紙者) ; 바이오마커(Biomarker) > News Insight

 감기에 걸리거나 배가 아파도 우리는 무의식적으로 이마에 손을 대어보고 손에 열감이 따뜻한지 차가운지를 먼저 살핀다. 사람의 체온이 36.5℃이기 때문에 손에서 따뜻한 기운을 느끼면 체온보다 높아서 열이 나는 것이고, 차갑게 느끼면 체온이 낮다는 것을 알 수 있다. 감기에 걸리거나 코로나19에 감염되어 확진이 되면, 인체 내의 면역세포가 활발하게 작용하면서 생체에너지를 사용하여 열을 발생해서 체온이 올라가기 때문에 손이 따뜻하게 느껴진다. 감기나 코로나19 바이러스가 활발하게 사는 온도는 33∽35℃로 체온보다 약간 낮은 온도인데, 바이러스가 인체에 침입하면 면역세포가 작동하여 바이러스와 싸우게 되면 열을 만들게 되면 38~40℃까지 체온이 올라가면  침입한 바이러스를 죽일 수 있을 뿐만 아니라 인체 내 효소를 활성화하여 바이러스를 퇴치할 수 있게 된다. 

이처럼 체온을 측정하는 방법도 바이러스에 감염되었는지를 판단하는 생체표지자인 바이오마커 역할을 한다. 코로라19가 심하게 전파해 나갈 때, 건물에 들어갈 때 반듯이 체온측정 센서를 통과하여 정상일 때 코로나19에 감염되지 않았다고 판단하여 통과할 수 있었다. 미국 국립보건원(NIH)은 “바이오마커란 생물학적 정상과정을 확정하거나, 질병 진행 상황 및 치료 방법 선정에 대한 약물 반응성을 객관적으로 측정/평가할 수 있는 지표”라고 정의하고 있다. 일반적인 방법으로 관찰이 어려운 경우에 바이오마커에 특정 색을 입히거나 형광을 내는 물질을 붙이는 등으로 관찰을 쉽게 해 주는 시약까지 바이오마커라고 부르기도 한다. 

생체표지자(生體標紙者)인 바이오마커(Biomarker)는 생물학적으로 정상적, 비정상적 및 병리적 인지(認知)를 객관적으로 측정 평가하는 지표이다. 바이오마커로는 단백질기능, 단백질을 만드는 DNA와 RNA, 생물반응물인 대사물질을 이용해서 몸속의 변이 및 변화정도를 측정하여 정상 또는 특정 병리적 상태인 질병종류는 물론, 병의 진행 정도, 약물에 대한 반응도 측정할 수 있다. 특정 병이 걸린 환자는 정상인과 비교해서 변화가 큰 바이오마커로 걸린 질병의 효과적인 치료와 예방 방법도 알 수 있을 뿐만 아니라, 바이오마커로 해당 집병의 신약 개발에 활용하면  빠르게 신약을 개발할 수 있는 지름길이 되기도 한다. 

전술한 바와 같이 체온뿐만 아니라 혈압, 맥박, 심전도 등도 신체의 물리적 데이터도 관련 질병의 바이오마커로 사용하고 있다.  개인의 질병 상태를 한 가지 바이오마커로만 판단하는 것이 아니라 여러 개의 바이오마커를 분석하여 무엇이 원인이 되어 질병이 걸렸는지 알 수 있고, 어떤 치료법이 적절한지 등 적극적인 치료방법도 알 수 있다. 다양한 바이오마커 분석결과를 활용하면 빠르고 안전하게 치료도 할 수 있고, 또한, 바이오마커 분석 결과로 적극적인 질병 예방도 가능하다. 

이번 바이오 산책에서는 바이오마커의 개발 방법, 생체 내 바이오마커 검사방법, 대표적인 몇 가지 질병의 바이오마커를 설명하고 마지막으로 바이오마커의 시장과 전망을 알아보고자 한다. 

<바이오마커의 개발>

 인체에 존재하는 수많은 바이오마커를 다양한 연구 방법으로 추적하여 끊임없이 개발하고 있다. 최근 초고속 유전자 서열분석, 유전자발현 순서, 질량 분광학 등 최첨단 기술을 바탕으로 정상이나 비정상 간의 차이를 나타내는 다양한 건강요인들을 도출한 방대한 자료를 분석하고, 실험 간 측정 편차를 줄여서 믿을 수 있는 바이오마커 실험 자원을 확보하였다. 새로운 바이오마커가 사용되기 위해서는 엄격한 검정이 필요하고, 바이오마커를 사용한 임상 집단(Cohort)과 정상적인 대조(Control) 집단 간의 차이점을 철저히 비교 분석하여 바이오마커로 타당성 검증하여야 한다. 그리고 신규 바이오마커가 임상 치료 결정에 도움이 되는 정보제공이 가능한지를 평가하는 분석적 타당성(Analytic validity), 임상 타당성 및 유용성(Clinical validity and utility)을 확정하는 과정이 필수적으로 필요하다.

 분석 및 임상적 타당성을 제공하는 기술로는 유전체학(Genomics)을 이용한 단일염기다형 유전자형 결정(SNP genotyping)으로 단백질의 기능 변화를 예측하고, 단백체학(Proteomics)으로 LC-MS, GC-MS, MS-MS, Maldi-TOF MS(질량분석기)로 발현되는 단백질의 구조, 변성 정도, 아미노산 서열 차이를 조사할 수 있다. 또한 대사체(Metabolomics)는 NMR, MS, IR의 기기를 이용한 생체 내에서 변화하는 저분자 생체물질의 차이를 분석할 수 있다. 이외에 약물유전학으로 단일염기다형 유전자의 차이를 밝히고 유전체, 단백체, 대사체, 약물유전학에서 쌓이는 막대한 데이터를 BLAST, Hierarchical Clustering, SOM등의 생물정보학(Bioinformatics) 분석과 분자 영상의학 기술인 CT, MRI, PET, Biophotonic imaging기술로 가시적 결과로 최종 신규 바이오마커의 임상 유용성을 확정할 수 있다.

<바이오마커 검사>

  바이오마커는 사람 몸속에 있는 생체분자인 유전자, 기능단백질, 대사산물을 탐색 또는 측정하여 사람의 건강 상태, 질병 유무를 판정하고 미래에 질병이 걸릴 가능성 등을 측정할 수 있다. 현재 또는 미래의 건강 상태를 측정하고 예측하여 효율적인 치료 및 예방 방안을 제공할 수 있다. 생체분자는 주로 혈액(血液), 체액(體液), 조직(組織)에서 측정할 수 있고, 생체분자를 검사하는 방법은 염색체, 유전자, 생화학 검사 3가지로 크게 나눌 수 있다. 물론, 초기에는 물리적 검사로는 기본 요소인 혈압, 체온, 체중/키, 심장박동 등을 측정하고, 이후 3가지 검사방법으로 추정되는 병명이나 비정상을 찾은 후, 최종 확진은 초음파, CT, MRI, PET등 최 첨단영상 기술로 확정 판단을 한다. 여기서는 주로 바이오마커 검사 중 염색체 검사, 유전자 검사 생화학 검사를 설명하겠다.

 1) 염색체 검사 ;

   사람은 1개의 성염색체(XX(여성) 또는XY(남성))를 포함한 23개의 염색체를 가지는데, 이상은 정상적인 염색 수는 46개(2n(남자(n)+여자(n))인데 47개로 염색체가 많은 경우를 삼염색체(Trisomy)로 대표적인 예로 21번째 염색체가 정상인은 2개인데 1개 많아 3개로 된 다운증후군(21 염색체) 등이 있다. 이외에 염색체 구조에 변이, 결실, 중복, 역위 등으로 염색체이상으로 묘성(猫聲) 증후군(5번 염색체), 성염색체 이상 등이 있다. 임신하고 아기 출산 전 검사가 가능하고 주로 여성이 고령일 때 많이 발생하는 것으로 알려져 있다. 

 2) 유전자 검사 ;

   유전자 검사는 1개 유전자나 DNA 단편을 검사하여 과 발현, 변이, 결손, 재배열 등을 주로 검사한다. 대립유전자(對立遺傳子, Allele)는 우성(優性), 열성(劣性)의 대립형질이 같은 염색체상에 위치하고 유전적 상호작용을 하는 우성-우성, 우성-열성, 열성-열성의 이형(異形)접합체로 존재한다. 대표적인 예가 혈액형 A형, B형, AB형, O형의 4가지가 있는데, A형 피는 A형 항원을, B형은 B형 항원을 가진다(그림 1.). AB형은 A형과 B형 항원을 모두 가지고, O형은 A, B형 항원를 모두 가지지 않는다. 결국 이형 접합체상 A형 피는 AA, AO형, B형은 BB, BO형, AB형은 AB, O형은 OO를 가진다. 

이외에 유전자 검사에서 돌연변이에 의해서 1개의 염기가 바뀌고 그 바뀐 염기에 의해서 아미노산이 한 개 바뀌면 거의 같은 단백질 구조를 갖더라도 전혀 다른 표현형이 생긴다. 예를 들면 술을 마시면 간에서 알코올이 산화하여 독성의 알데하이드를 만들고 다시 알데하이드 탈수소효소(Aldehyde dehydrogenase, ALDH)로 다시 산화하여 독성 알데하이드를 인체내에서 무독화시킨다. 알데하이드 탈수소효소가 작용하지 못하면 독성 알데하이드 때문에 간에 손상이 생겨서 지방간, 간 괴사, 간암 등으로 질병이 진행될 수 있다. 

알데하이드 탈수소효소는 약 500개의 아미노산(약 1,500개 염기)으로 연결된 단백질인데, 487번째 아미노산이 Glutamic acid인데 변이하여 Lysine으로 바뀌면, 독성 알데하이드를 산화시킬 수 없어서 술 해독은 물론 다른 질병이 걸릴 확률이 높아진다. 여기서 Glutamic acid를 코딩하는 염기서열은 “GAA”인데 Lysine을 코딩하는 “AAA”로 바뀌어서 전체적으로 보면 456개 아미노산까지의 염기서열은 모두 같고 단지 487번에서도 염기서열 1개가 G->A로 바뀌어서 술에 약해지고 간 질환 발생이 생길 확률이 아주 높아진다. 

이런 경우도 대립 유전자의 한 예이고, 부모로부터 모두 Glutamic acid가 대립 유전자를 물려받으면 술에도 저항성이 커지만, 1개가 Glutamic acid를 받으면 50%의 저항성은 가진다. 불행히도 2개 모두 Lysine으로 대립유전자를 받으면 술이 독이 되어서 심지어 소량으로 술을 마시면 죽을 수도 있다. 인체에는 이런 대립유전자 아주 많아서 개인마다 다른 모습, 각 질병이 걸릴 확률이나 치료 방법도 개인마다 다를 수가 있다. 최근, 개발이 성공된 유전자 치료는 비정상적인 유전자를 정상 유전자로 대체시켜서 유전적 결함을 치료하거나 새로운 기능을 인체에 추가하는 획기적 방법이 개발되어 유전자 결함도 치료하고 후손에게 정상적인 유전자를 유전시킬 수도 있어서 유전자 검사는 바이오마커로 중요성이 많이 증가하고 있다. 

 3) 생화학적 검사;

    유전자가 변이가 일어나면 각기 변형된 다른 단백질을 만들고 변형단백질은 중요한 생체기능을 하지 못하거나 약하게 하여 질병이나 외부 스트레스에 인간을 아주 약하게 할 수 있다. 단지 자신의 약점을 알고 있으면 미리 대비하여 예방할 수 있을 뿐만 아니라 혹시 잘못되더라도 쉽게 치료할 수 있을 것이다. 변형된 단백질은 과 활성 되거나 과량으로 생성되어 세포에 큰 영향을 미친다. 변형된 단백질은 암 형성과 성장에 영향을 미치기도 한다. 생화학적 검사로 이런 단백질을 검출하여 질병을 진단할 수 있다.

< 바이오마커의 종류>

 바이오마커의 종류는 사용 용도에 따라서 여러 가지로 분류할 수 있고 때에 따라서는 1가지 바이오마커가 여러 가지 기능을 할 수 있어서 여러 가지 바이오마커로 사용하기도 한다. 

 1) 용도에 따른 바이오마커; 

   용도에 따른 바이오마커의 종류는 9가지 이상이 있고, 대표적인 용도에 따른 바이오마커를 설명하고 자 한다. 환자에게 어떤 약물을 사용하는 것이 가장 효과적인지 아닌지를 아는 타켓 바이오마커(Target biomarker)의 예로 유방암 발병하는 바이오마커를 예로 이야기하겠다. 

유방암을 진단하는 타켓 바이오마커는 는 4가지 이상 존재하는데, 이중 유방암 타켓 바이오마커인 “HER2”의 과 발현되는 유방암 환자에게는 다른 약품은 효과가 없고 “허셉틴”을 사용해야만 효과가 있고 다른 바이오마커로 진단된 유방암 환자에게는 “허셉틴”의 효과를 기대하기 어렵다. 왜야하면, 로슈(Roche)에서 헤셉틴을 개발할 HER2 바이오마커를 대상으로 개발하였기 때문에 당연한 이야기다. 

현재는 건강하지만, 미래 질병이 시작될 것을 진단할 수 있는 진단 바이오마커(Diagnostic biomarker)는 초기 암 진단에 사용되고 있다. 특정 약물에 민감성을 측정하는 예측 바이오마커(Prediction biomarker), 약물치료의 효과를 하거나 신약 개발 시 연구개발 여부를 결정할 때 사용하는 효능 바이오마커(Efficacy biomarker), 질병의 예후를 알려주는 예후 바이오마커(Prognostic biomarker)의 예로는 관절염의 진행 정도를 알려주는 바이오마커가 있다. 질병 타켓에 대한 약물 효과를 정량화하는 질병 기전 바이오마커(Mechanism of action biomarker)와 특정 약물에 대한 부작용 증상을 나타내는 질병 군을 찾을 수 있는 독성 바이오마커(Toxicity biomarker)도 있다. 전 임상(동물실험)과 임상시험(사람실험)에 모두 사용할 수 있는 번역 바이오마커(Tanslation biomarker)는 투약 후 예후를 동물을 통해서 예측할 수 있는 장점이 있다. 

질병 유무, 임상 결과를 보여 주는 질병 바이오마커(Disease biomarker)는 이번 코로나19 펜데믹에서 바이러스 외피에 있는 마치 꽃 모양의 스파이크 당단백질(Spike glycoprotein)의 항원이 인체에 있는지를 조사하여 코로나19 확진자로 격리하였고, 항원 조사에서 인체에 없으면 바이러스가 더 이상  존재하지 않아서 다른 사람에게 전염시키지 않은 것으로 알고 격리를 해제하였다. 암은 0~4기로 진행 단계를 구분할 수 있는데 병원이 진척된 정도(State)를 판단하는데 사용하는 단계 바이오마커(Staging biomarker)와 질병이 치료되어 이제는 치료가 필요 없음을 측정하여 임상을 종료시키는 대리 바이오마커(Surrogate biomarker)등이 있다. 

인간 유전체 해독한 후 많은 바이오마커가 개발되었고, 이를 근거로 만든 개인 맞춤형 의약품은 대부분 환자에 적합한지 확인하는 것이 매우 중요하다. 사실은 암에 대한 치료제가 단지 25%만 효과가 있다고 보고되고 있었는데, 정확한 바이오마커 확인 후 개인에 맞는 치료제 선정이 가능하여 치유 율을 아주 높아질 것이다. 하지만, 개인 맞춤형은 개인에 맞추어 실험실 규모의 생산이 가능하여 약가가 너무 비싼 점은 앞으로 해결해야 할 문제점이다.

 2) 질병 발생 후 단계별 질병 관리에 도움을 주는 바이오마커

  단계적 질병 관리 바이오마커는 예후, 반응예측, 약 역학 3가지 방법으로 구분할 수 있다. 예후 바이오마커(Prognostic biomarker)는 질병이 걸린 세포의 자연적인 진행 과정을 예측하여 좋은 예후와 나쁜 예후를 구분하여 환자에게 어떤 치료를 할 것인지를 결정하여 준다. 반응예측 바이오마커(Predictive biomarker)는 환자에게 약물을 투여했을 때 효능을 예측하게 하고, 약 역학 바이오마커(Pharmacodynamic biomarker)는 신약 개발 초기 약물의 적정 용량 결정을 주는 바이오마커이다. 

 3) 시장에 따른 바이오마커 분류와 최신 동향 

  바이오마커는 정상적인 생물 공학적 변화과정만 아니라 발병(發病)과정에서 일어나는 생화학적 변화를 측정할 수 있고 질병 발병 후, 치료로 사용되는 약물의 적정성을 평가할 수 있는 생체물질의 생리학적 지표이다. 바이오마커의 구성 물질에 따라서 유전자기능에 관련되어 발굴된 유전체(Genomics), 단백질의 구조와 기능으로 발굴된 단백질체(Proteomics), 생체 대사물질의 화학적 전환과정에서 발굴된 대사체(Metabolomics), CT, MRI, 초음파 등 도구로 이미징(Imaging)화 하여 발굴된 바이오마커, 기타 당쇄 단백질(Glycomics), 지질체학(Lipidomics), 면역체학(Immunonomics) 등에서 발굴된 바이오마커로 구분되고 있다. 현재까지의 바이오마커는 유전체에 집중화되어 제품화되어 있지만, 앞으로는 단백질 체 중심의 바이오마커로 확장될 것으로 전망한다. 

<사용 바이오마커의 예>

 현재, 바이오마커는 개인 유전체 해독이 아주 저렴하게 빠른 분석이 가능하고 얻어진 바이오마커 DNA를 기반으로 유전자 재조합 기술로 쉽게 바이오마커 단백질을 만들어 바이오마커에 대한 항체를 만든다면 바이오마커에 선별적으로 특이한 정성/정량할 수 있는 면역진단 방법을 쉽게 완성할 수 있어서 생체 내 바이오마커 단백질의 유무는 어렵지 않게 판단할 수 있다. 따라서, 개인의 유전체 분석에서 해당 바이오마커의 유전자의 변이가 조사하거나, 혈액이나 조직에서 바이오마커를 직접 면역진단(Immuno-assay)을 할 수 있으면 쉽게 개인의 바이오마커가 정상인지 비정상인지 판단할 수 있다. 질병 관련 바이오마커로 암, 심장병, 알츠하이머병 3개 질환에 대해서 예를 들어 보겠다.

  1) 암 바이오마커 

    국내 사망원인 1위인 암의 바이오마커는 암의 종류에 따라 다르지만, 암세포가 증식하면서 혈액으로 특정 단백질을 배출하고, 암이 내놓는 특정 단백질을 바이오마커로 활용하면 암을 진단하고 암의 진행 단계도 알 수 있어서 적절한 예방/치료도 가능하다. 혈액에 배출되는 특정 단백질과 반응하는 진단 시약을 사용하면 간단한 혈액검사만으로 암 바이오마커를 진단할 수 있다. 이에 따라 암에 대한 바이오마커는 엄청나게 많은 탐색과 더불어 많은 임상시험 결과가 발표되고 있다. 대표적이고 가장 많이 사용되고 있는 암의 바이오마커를 소개하면, 우선 암의 발생 위험성을 평가할 수 있는 BRCA1 (유방암, 난소암)이 있고, 치료 효과를 예측할 수 있는 KRAS(직장암), HER2(유방암, 위암), 에스트로젠 수용기(Estrogen Receptor, ER)(유방암)가 있다. 

암 재발 확인할 수 있는 CES(직장암), AFP, LDH, βHCG(배아세포종), 암전이(轉移) 진행을 확인하는 CA15-3, CEA(유방암)등 암 바이오마커가 있다. 유방암을 예를 들면, 유방암을 진단할 수 있는 바이오마커는 ER, HER, BRCA, TNBC가 있는데 만약 ER이 측정되어 유방암을 진단받은 환자는 반드시 ER이란 바이오마커에 적합한 치료약을 사용해야만 암을 치료할 수 있다. 유방암을 진단하는 바이오마커인 BRCA의 자신에게 존재하고 가족력이 있는 것을 알게 된 유명한 영화배우 안젤리나 졸리(Angelina Jolie)가 과감하게 유방 절제 수술은 받은 이야기는 너무나 유명하다.

  2) 심장병 바이오마커

    심장병은 국내 2위의 사망원인으로 보고되고 있어서 바이오마커가 역시 많이 개발되어 있다. 심장병은 심장에 무리가 갈 정도로 스트레스를 받아 심근이 손상되면, 염증이 생길 수 있다. 결국 심장 근세포가 늘어나는 신전(伸展)과 세포외기질인 고분자(콜라젠, 엘라스틴, 당단백질)가 재배치되어 세포부착, 상호작용, 세포분화에 문제가 생겨서 종합적으로 심장병을 일으킨다. 산화스트레스로는 산화LDL, MPO, 요(尿) biopyrinis, 요와 혈장의 isoprostanes, 혈장의 MDL이 주요 바이오마커이고, 심근 손상은 Troponin, 근 Myosin kinase, CK MB등이 바이오마커이다. 염증 바이오마커는 CRT, TF α 등이 있고, 세포외기질 재배치의 바이오마커는 IL-6, Collagen propeptides, Myostatinemd 등이 보고(Trends Cardiovasc Med(2017))되고 있다. 심장병도 많은 바이오마커가 보고되는 것은 그만큼 발병 원인이 많다는 뜻이고, 발병 원인에 따라 치유/예방방법이 다르다는 것을 의미한다.

  3) 알츠하이머 바이오마커 

   알츠하이머(Alzheimer’s disesae) 는 원인이 뇌 속에 아밀로이드 베타(Amyloid β) 단백질의 뇌 속에 응집이라는 논리로 아밀로이드 베타가 침전되지 않게 하는 신약 개발전략으로 많은 투자를 했지만 결국 실패하였고, 다시, 타우(Tau)단백질 응집으로 방향을 전환했지만, 여전히 확실한 신약 개발은 성공하지 못하고 있다. 분명 알츠하이머 환자의 뇌에는 아밀로이드 베타와 타우단백질이 정상인과 차이 나게 많이 응집되어 있지만, 개발된 신약의 임상시험에서 번번이 뚜렷한 임상 결과를 얻지 못하고 있다. 

아밀로이드 단백질이 뇌 속에서 어떻게 응집되는지 연구하여 재미있는 결과를 얻고 있다. 아밀로이드를 만드는 아밀로이드 전구단백질(Amyloid Precursor Protein, APP)이 뇌 신경세포 막(Membrane)에 만들어지면 카스파아제(Caspase)라는 단백질 분해효소 1개가 잘라주면 아밀로이드 알파(Amyloid α)를 만들어져서 알츠하이머를 예방할 수 있지만, 3개의 단백질 분해효소가 작용하여 아밀로이드 베타(Amyloid β)를 만들면 알츠하이머가 걸린다고 보고되고 있다. 여러 가지 방법으로 카스파아제라는 효소 작용을 조절하는 방법을 검토해 볼 필요도 있다.

 또한, 유전적으로 알츠하이머 질병 병발 위험성을 높은 경우는 ApoE (Apolipoprotein E) 유전자 중 바이오마커인 ApoE4 유전자가 있는 사람은 통계적으로  ApoE4 유전자가 없는 정상인보다 3배나 알츠하이머가 걸릴 확률이 높았다. 원래, ApoE 단백질은 인간을 포함한 포유동물의 지방 대사에 관여하는 중요한 단백질이지만, ApoE4 형태로 있으면, 알츠하이머병이나 심장병에 걸릴 확률이 현저히 높다고 한다. 인류가 초기 지구상에 나타났을 때, ApoE 유전자는 염색체 19번 위치에 부모로부터 1개씩 받아서 2개가 존재하는데, 2개 모두 ApoE4 상태로 있어서 알츠하이머가 걸릴 확률이 아주 높아서 초기 인류의 수명은 그다지 길지 않았다. 하지만, 어떤 이유인지는 모르지만 약 22만 년 전에 인간 유전체에 ApoE3가 나타남에 따라서, 젊을 때, 알츠하이머가 걸릴 확률이 확실히 낮아졌다.

 대부분의 현재 정상적인 사람은 ApoE3을 2개 모두 가지고 있어서 알츠하이머가 걸릴 확률은 약 9%인데 비해서, ApoE4를 1개라도 가지면 알츠하이머가 걸릴 확률은 30%로 높아지고, ApoE4를 2개 모두 가질 경우는 알츠하이머가 걸릴 확률이 50%로 높아진다. 그리고 ApoE4를 2개 가진 사람은 알츠하이머가 40대 말에서 50대 초에 시작되고, ApoE4가 2개 중 1개인 경우는 50대 말에서 60대 초, ApoE4가 병발되고, 아예 ApoE4가 없는 사람(2개 다 ApoE3)은 60대 말에서 70대에 알츠하이머가 시작될 확률이 높다고 한다. 알츠하이머에 대한 뚜렷한 바이오마커는 아직 개발되지 않지만, 유전체의 ApoE4, ApoE3 검사는 현재에도 가능하다.

 나아가서 미래에 뇌 신경세포에 카스파아제(Caspase)란 단백질분해효소 분석과 조절이 현재로는 어렵지만 앞으로 개발될 수도 있다면 알츠하이머 예방/치료에 한 단계 다가갈 수 있을 것이다. 개발된 알츠하이머 약품도 엄격하게 통제되고 있는 뇌-혈관 장벽(Brain Blood Barriel, BBB)을 통과하지 못하여 실제로 뇌 속에 투약되지 않아서 치료가 어렵다고 생각하여 BBB를 통과시키는 방법에 대해서도 많이 연구되고 있다. 알츠하이머가 걸릴 확률이 높은 ApoE4를 2개 또는 1개 가진 사람들도 식이, 스트레스, 운동 등 생활 습관을 고쳐서 병을 예방하는 방법에 관한 연구도 많이 이루어지고 있다.

<바이오마커 시장>

  바이오마커 시장 규모는 해마다 크게 증가 할 것으로 전망된다. 현재 바이오마커 기반 치료영역은 암, 심혈관계, 면역질환, 안과 질환 등에 주력하고 있지만 점차 질환의 종류가 확장될 것으로 판단한다. 이 중 암 분야의 세계바이오마커 시장은 2016년 432억 US$ 에서 연평균 14.9% 성장 중이며, 2023년에는 1,100억 US$로 확대될 것으로 전망된다. 바이오마커는 제약과 진단 산업에서 중요할 뿐만 아니라 의료기기와 결합해 다양한 질환을 진단하고 치료하는 데 응용되면서 시장의 파급효과는 더욱 커질 것으로 예측한다. 바이오 마커 발굴 기술별 세계시장과 바이오마커를 신약 개발에 활용했을 시 성공률을 비교한 <그림 2>를 보면 유전체대비 단백질 체의 비중은 2014년 75.2%, 2020년 81.6%로 나타나서 단백질 체 바이오마커의 시장이 증가하고 있다. 신약 개발 시 바이오마커를 사용하면 모든 임상단계에서 성공률이 훨씬 높은 것을 알 수 있어서 신약 개발 시장의 바이오마커 역할은 지대하다고 생각한다. 

바이오마커 시장 전망은 “Biomarker Deals: Terms Value and Trends, 2008-2018 (BCC Research)”에 따르면 2016년 576억, 2017년 655억, 2018년 745억 US$로 CAGR이 15%이고 2023년에는 1,500억 US$ 규모로 성장할 것으로 예상한다. 암(Cancers) 바이오마커는 CAGR이 14.9%로 2023년 1,100US$로, 심혈관(Cardiovascular disease) 바이오마커는 CAGR이 6.9%로 2023년 109US$로 예상한다. 그 외 질병으로 신경계, 알츠하이머 질환은 CAGR이 18%로 2023년 291억 US$로 성장할 것으로 예상한다. 하지만, 주의 깊게 관찰하면, 바이오마커의 시장도 중요하지만, 바이오마커를 이용한 신약 개발, 진단기기, 식 의학품(Neutracuticals) 시장 등의 파급효과는 훨씬 클 것으로 생각한다. 

<맺는말>

  기초연구의 중요성은 항상 이야기되고는 있지만, 실제로는 응용/산업연구가 기초연구에 비해 훨씬 많이 연구비가 투자되고 있는 타당한 이유는 단기간 내 Input 대비 Output은 기초연구보다는 응용/산업연구가 당연히 크기 때문이다. 하지만, 수익성이 큰 모방형 Fast follower 형 연구보다 기초적인 창의적 First mover형 연구가 중요한 이유는 짧아진 제품의 lifespan을 극복하고, 수요/공급의 패러다임을 완전히 바꾸어 미래 산업에서 선두 적 역할을 할 수 있다는 점에서 매우 중요하다. 결국 기초 창의적 연구 분야의 투자가 미래 산업을 창출과 견인하는 지렛대가 될 수 있어서 큰 장점을 가진다. 

하지만, 창의적 기초연구가 어떤 점에서, 그리고 무엇이 기초, 원천, 창의적, First mover와 같은 개념을 충족시키면서 산업/문화적 파급효과를 만족시켜 줄 것인지에 대한 의문점에 대한 믿을만한 대답이 필요하다. 더불어, 최근 기업의 화두가 되는 ESG를 만족시킬 수 있다는 확신과 구체적 방안을 깊게 검토하여야 할 것이다. 결국, 현재 과학적으로 해결할 수 없는 인류의 4대 난제를 해결하면서도 인간의 삶의 질 향상 더불어 풍요로운 삶을 영위하도록 하여야 할 것이다.

 바이오마커의 신규개발은 인류가 아직도 완전히 해결하지 못하는 암, 뇌 신경질환 등에 새로운 치료 비전을 만들 수 있을 뿐 아니라, 당장은 왜? 병에 걸리는지도 알 수 있고, 알고 있는 병인(病因)에서 효과적인 예방/치료 방안을 구축할 수도 있다. 단한가지 바이오마커로 정확하게 병인이나 질병을 진단할 수 없으므로 많은 바이오마커를 개발하여 다각도로 진단하여 좀 더 정확한 질병 원인을 파악하고 철저한 예방 및 정확한 치료를 가능하게 하여야 한다.

 코로나19 팬데믹을 거치면서 알고 있는 것이 그렇게 많지 않다는 것을 실감하였고, 많이 발전했다고 믿었던 의료방역 및 치료 문제에 허점을 알게 되면서 허탈함과 심지어는 공포감도 가졌다. 이제 기초 원천연구를 통한 장래에 발생할 수 있는 문제점을 예견하고 기존과 다른 창의적으로 진보된 방안이 준비하여야 한다. 이번 코로나19 펜데믹에 가장 큰 이익을 얻었다고 생각하는 화이자(Pfizer), 모더나(Moderna) 등 다국적 기업은 이미 코로나바이러스에 대한 기초연구는 물론 지금까지 전혀 사용되지 않았던 새로운 백신인 mRNA 백신을 준비하고 있었고 이번에 상용화에 성공하였다. 

사실, mRNA 백신은 이미 오래전에 알려졌는데, 이런 새로운 연구에 대한 투자는 Input 대비 Output이란 연구 생산성에는 적합하지 않기 때문에 공식적인 연구비를 받기가 매우 어려웠다. 이제, 코로나19를 끝난다면 모든 일이 없었던 것으로는 되지 않을 것이다. 미국에서는 코로나19를 거치면서의 모든 데이터를 정리하여 자료화하여 새로운 위협에 대해 대비를 하고 있다. 특히, 코로나19 확진 후 항원 검사에서 통과한 사람이 계속 다른 증상으로 고통을 느끼는 “Long Corona19”에 대해서 본격적인 연구가 NIH를 필두로 다 부처에서 연구하고 있다. 

어쩌면, 이런 연구에서 창의적이고 원천적인 기초자료를 많이 얻을 수 있고 나아가서는 미래 산업을 만드는 방아쇠가 될 수 있다고 생각한다. 전 세계 5억4,776만 명 이상이 확진되었고, 우리도 1,779만 명 이상이 확진(2022년 6월 26일)되고 23,745명이 사망한 결과에 대한 철저한 분석과 개인 및 국가가 대응할 수 있는 새로운 Protocol 작성은 앞으로의 발생할 수 있는 감염 병 예방은 물론, 코로나19에서 얻은 병력(病歷)에서 새로운 창의적 연구를 도출할 기회가 되었으면 한다.

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