◎ 도서소개

차세대 바이오산업의 핵심인 마이크로바이옴 기술 동향을 정리한 보고서입니다.

◎ 목차

제1장 마이크로바이옴(Microbiome) 개요 및 NGS 유전체 분석

1. 마이크로바이옴(Microbiome) 개요
   1-1. 마이크로바이옴(Microbiome) 등장배경 및 개요
     1-1-1. 마이크로바이옴(Microbiome) 등장 배경
     1-1-2. 마이크로바이옴(Microbiome) 개요 및 역할
       (1) 마이크로바이옴(Microbiome) 개요
       (2) 마이크로바이옴(Microbiome)의 역할
          가. 영양분 흡수
          나. 약물대사 조절
          다. 면역체계 조절
          라. 감염성 질환 예방
       (3) 미생물과 건강 및 질병과의 관계
          가. 장내미생물
             가-1. 장내미생물 개요
             가-2. 장내미생물 생태계
          나. 장내미생물과 질병과의 관계
             나-1. 중간균(기회균)
             나-2. 유익균
             나-3. 유해균
          다. 휴먼 마이크로바이옴(Human Microbiome)
             다-1. 프로바이오틱스(probiotics)
             다-2. 구강유산균
             다-3. 대변 미생물 이식술(Fecal Microbiota Transplantation, 분변 이식)
                ① 대변 미생물 이식((FMT)의 개념
                ② 대변 미생물 이식((FMT) 과정
                ③ 대변 미생물 이식((FMT)의 안전성

2. NGS 유전체 분석 기술
   2-1. 유전체학
     2-1-1. 유전체 분석 개요
       (1) 유전체 개념
       (2) 유전자 변이(genetic variation)
       (3) 유전정보 분석의 종류
          가. 전장 유전체 분석(Whole Genome Sequencing, WGS)
          나. 전장 엑솜 분석(Whole Exome Sequencing, WES)
          다. 유전자 패널 분석(Gene Panel)
          라. 단일염기다형성 분석(Single Nucleotide Polymorphism, SNP)
     2-1-2. 유전체 정보분석
       (1) 단일 유전자 검사(Sanger sequencing·생어시퀀싱)
       (2) 휴먼게놈프로젝트(Human Genome Project)
       (3) 차세대 염기서열 분석(Next Generation Sequencing)
   2-2. 차세대 염기서열 분석(NGS) 기술
     2-2-1. 차세대 염기서열 분석(NGS) 기술 개요
     2-2-2. NGS 장내균총 분석(Gut Microbiota Analysis, GMA)
   2-3. 유전체 개인맞춤분석
     2-3-1. 개인 유전정보 분석
     2-3-2. 유전체 기능 분석(functional genomics)
   2-4. 정밀의료(Precision Medicine)
     2-4-1. 정밀의료의 개념
     2-4-2. 정밀의료(Precision Medicine)의 분야

제2장 마이크로바이옴(Microbiome) 기술동향

1. 마이크로바이옴 연구 분야
   1-1. 마이크로바이옴 연구 개발 동향
     1-1-1. 16S rRNA(16S ribosomal RNA) 앰플리콘 시퀀싱
     1-1-2. 메타게놈 샷건 시퀀싱(shotgun sequencing) 
     1-1-3. 단세포 분석(Single Cell Analysis, SCA)
     1-1-4. 메타 전사체학(Metatranscriptomics)
     1-1-5. 메타 프로테오믹스(단백질체학, proteomics)
     1-1-6. 메타블로믹스(metabolomics, 대사체학)
     1-1-7. 마이크로바이옴 기반 바이오마커(bio-marker)
   1-2. 휴먼 마이크로바이옴 연구개발 동향
     1-2-1. 장내미생물과 아토피성 피부염(Atopicdermatitis)
     1-2-2. 장내미생물과 자폐증(autism)
     1-2-3. 장내미생물과 죽상동맥경화증
     1-2-4. 장내미생물과 암(cancer)
     1-2-5. 장내미생물과 알츠하이머와 파킨슨 질환(Alzheimer & Parkinson’s disease)
     1-2-6. 장내미생물과 클로스트리디움 디피실 감염성 장염(Clostridium Difficile Infection, C. difficile, CDI)
     1-2-7. 장내미생물과 조현병(Schizophrenia)
     1-2-8. 장내미생물과 불안장애, 우울증(Depression)
     1-2-9. 장내미생물과 다발성 경화증(multiple sclerosis, MS)
     1-2-10. 장내미생물과 당뇨병, 제2형 당뇨(type 2 diabetes)
     1-2-11. 장내미생물과 염증성 장질환(inflammatory bowel disease: IBD)
     1-2-12. 장내미생물과 비만(obesity)
     1-2-13. 장내미생물과 과민성 대장증후군(irritable bowel syndrome: IBS)

2. 국내외 연구 진행 동향
   2-1. 국내 마이크로바이옴 연구 동향
   2-2. 국외 연구 동향
     2-2-1. 국제인체마이크로바이옴 컨소시엄(International Human Microbiome Consortium, IHMC)
     2-2-2. 미국 마이크로바이옴 프로젝트
          가. 인체 마이크로바이옴 프로젝트(Human Microbiome Projoect, HMP)
          나. 국가 마이크로바이옴 이니셔티브(National Microbiome Initiative, NMI)
          다. 지구 마이크로바이옴 프로젝트(The Earth Microbiome Project, EMP)
     2-2-3. 유럽 인체 장내 메타지노믹스(META genomics of the Human Intestinal Tract, MetaHIT) 프로젝트
     2-2-4. 일본의 휴먼 메타게놈 컨소시움 재팬(Human MetaGenome Consortium Japan, HMGJ) 프로젝트

제3장 업체동향 및 시장 전망

1. 국내외 업체동향
   1-1. 국내외 업체동향
     1-1-1. 존슨앤존슨(Johnson & Johnson Consumer, J&J)
     1-1-2. 로슈(Roche)
   1-2. 국내 업체동향
     1-2-1. 고바이오랩
     1-2-2. 비피도(BIFIDO)
     1-2-3. 일동제약
     1-2-4. 종근당바이오
     1-2-5. 지놈앤컴퍼니
     1-2-6. 천랩
     1-2-7. MD헬스케어

2. 시장전망
   2-1. 휴먼 마이크로바이옴 시장 전망 및 시사점
     2-1-1. 휴먼 마이크로바이옴 시장 전망
     2-1-2. 시사점

<그림목차>

[그림 1] 휴먼€마이크로바이옴€프로젝트
[그림 2] 제프리 고든의 마이크로바이옴 이식 실험
[그림 3] 신체 다양한 부위의 피부에 존재하는 미생물 군집 구조의 차이
[그림 4] 인간 장내의 주요 미생물 분포
[그림 5] 장내미생물 시스템
[그림 6] 영양과 장내미생물숲의 균형의 중요성과 장내미생물 불균형
[그림 7] microbiota-gut-brain axis와 신호를 전달하는 매개체
[그림 8] 장점막조직의 정교한 방어 시스템
[그림 9] SCFA
[그림 10] 장내 공생 미생물에 의해 조절되는 선천성 면역 및 대사조절 관련 세포의 종류
[그림 11] 두뇌-장 관계(Brian-Gut Axis)
[그림 12] 장내세균의 역할과 다른 신체기관과의 상호작용
[그림 13] 미생물 분류
[그림 14] 장내세균이 우리 몸속에서 하는 일
[그림 15] 인체내 미생물
[그림 16] 장신경계(enteric nervous system)
[그림 17] 생애주기에 따른 장내균총 변화
[그림 18] 장내미생물과 면역과의 상관성
[그림 19] 유익균과 유해균
[그림 20] 장내세균
[그림 21] 다양한 항생제가 장내세균의 다양성에 미치는 영향
[그림 22] 대변모양에 따라 건강상태 알아보기
[그림 23] 대변이식 치료 원리
[그림 24] 대변이식술
[그림 25] 장내미생물로 보는 질병 위험도
[그림 26] 유전체 의학
[그림 27] DNA의 구조적 변이(structural variation)의 형태
[그림 28] DNA의 염기서열 변화
[그림 29] 질병의 인간 유전변이와 장내 마이크로바이옴
[그림 30] 유전자의 구성
[그림 31] 전장유전체 분석(Whole Genome Sequencing, WGS)과 엑솜시퀀싱(Whole Exome Sequencing, WES)€
[그림 32] 전장 엑솜 분석(Whole Exome Sequencing) 파이프 라인의 개요
[그림 33] 맞춤형 유전자 패널(Target gene panel) 시퀀싱
[그림 34] 단일 염기 다형성 분석(SNP)
[그림 35] DNA를 추출하는 기술
[그림 36] Sanger sequencing 기본원리
[그림 37] 인간게놈프로젝트
[그림 38] 분자유전학
[그림 39] 인간게놈프로젝트(Human Genome Project) 진행 과정
[그림 40] NGS 기반의 기술을 이용하여 분석 가능한 내용들
[그림 41] 기존 방식 대 차세대 염기서열 분석(NGS) 방식의€비교
[그림 42] 차세대 DNA 시퀀싱
[그림 43] metagenomics
[그림 44] 표적 염기서열 분석(targeted NGS)의 과정과 필요 시간
[그림 45] NGS 장내 균총 분석 과정
[그림 46] single gene-16SrDNA sequence based aproaches
[그림 47] 개인 유전정보 분석
[그림 48] 유전체 분석을 통한 질병 세부지도 개념도
[그림 49] 만성질환 연관 유전변이 발굴 및 기능 검증
[그림 50] 정밀의학 패러다임
[그림 51] 정밀 의료의 개요
[그림 52] 약물 상호작용 예측 방법론 딥디디아이(DeepDDI) 모식도 
[그림 53] 16 rRNA gene 분석
[그림 54] 16S rRNA 유전자 서열 분석의 방식
[그림 55] shotgun sequencing
[그림 56] 메타게노믹스의 유전자 정량화 개요
[그림 57] 메타 게노믹스를 통한 장내 마이크로바이옴 분석
[그림 58] 메타게놈 시퀀싱을 위한 방법 및 기술
[그림 59] 단일 세포 RNA 시퀀싱 실험과 분석법 개요
[그림 60] 단세포 분석 단계
[그림 61] 메타 유전체학
[그림 62] DNA 마이크로어레이 과정
[그림 63] 메타프로테오믹스(metaproteomics) 개요
[그림 64] Metaproteomics workflow
[그림 65] 메타볼로미스는(Metabolomics) 개요
[그림 66] Metabolomics workflow€
[그림 67] 바이오마커(bio-marker) 연구의 패러다임
[그림 68] 일반적인 신약개발 과정과 마이크로바이옴 관련 신약 개발 과정의 차이
[그림 69] 신약개발 과정에서 바이오마커의 활용
[그림 70] NGS 시퀀싱을 활용한 휴먼 마이크로바이옴 군집분석 모식도
[그림 71] 장내미생물과 면역의 상관성
[그림 72] 전두엽 피질과 소뇌에서 자폐증과 연관된 넌코딩 RNA
[그림 73] 임신중 바이러스 감염에 의한 자폐 유발 과정
[그림 74] 장내미생물 대사 물질 트리메틸아민(TMA)과 죽상동맥경화증
[그림 75] LDL 모형
[그림 76] 면역 요법
[그림 77] 암 면역요법에서 장내미생물의 역할
[그림 78] 암 치료 결과에 미생물이 미치는 영향
[그림 79] microbiota-gut-brain축 개념
[그림 80] 알츠하이머병 발병
[그림 81] 장내미생물로 인한 향상된 운동장애 증상
[그림 82] C. difficile 감염성 장염 치료를 위한 FMT
[그림 83] 장내세균이 뇌기능 및 정신건강에 영향을 끼치는 과정에 대한 모식도
[그림 84] 장-뇌 축과 우울증
[그림 85] 유산균의 우울증 억제 기능
[그림 86] 다발성 경화증의 주요 증상
[그림 87] 당뇨병 예방 및 관리의 생물학적 과정
[그림 88] 염증성 장질환의 발병 요인
[그림 89] 마이크로바이옴과 비만
[그림 90] 장내미생물과 숙주 사이의 상호 작용
[그림 91] 비만체형과 마른체형의 장내미생물 분포
[그림 92] 과민성 장 증후군의 병태 생리학
[그림 93] 장과 뇌의 상호작용에 의한 질환
[그림 94] 미생물 분류
[그림 95] HPM 연대표
[그림 96] NIH Human Microbiome Project
[그림 97] MetaHIT 프로젝트 요약
[그림 98] 파마바이오틱스 선발 및 NGS 분석기술
[그림 99] 비피도의 주요 기술
[그림 100] 일반적인 신약개발 과정과 마이크로바이옴 관련 신약 개발 과정의 차이
[그림 101] 항암제 작요원리 비교
[그림 102] 상위 10개 치료영역별 마이크로바이옴 치료제 파이프라인 수
[그림 103] 질환별 마이크로바이옴 치료제 개발 현황
[그림 104] 개발단계별 마이크로바이옴 치료제 파이프라인 수
[그림 105] 마이크로바이옴의 인체내 영향
[그림 106] 휴먼 마이크로바이옴의 제약 및 진단 시장 규모

<표 목차>
[표 1] Microbiome entrotype
[표 2] 몸속의 미생물 종류와 미생물 불균형에 의한 증상들
[표 3] 장내미생물이 건강에 미치는 영향
[표 4] 장내미생물-뇌에 영향을 주는 매커니즘
[표 5] 장내세균의 역할과 균형 잡힌 면역 체계
[표 6] 장내미생물과 유익균·유해균의 역할
[표 7] 휴먼 마이크로바이오타와 인체와의 소통 및 유산균의 효과
[표 8] 프로바이오틱스 종류 및 효능
[표 9] 식약처가 인정한 프로바이오틱스의 균주 및 프로바이오틱스의 종류와 기능
[표 10] 프로바이오틱스 역할 및 장·단점
[표 11] 구강의 염증에서 발병할 수 있는 전신 질환과 구강 세균의 이동 경로
[표 12] 대변 미생물 이식 과정€
[표 13] 시퀀싱 기술의 발전사
[표 14] NGS 플랫폼
[표 15] 차세대 염기서열분석(Next Generation Sequencing) 개요
[표 16] 정밀의료의 수집 가능한 정보 종류 및 개요
[표 17] 정밀의료의 데이터 구성
[표 18] 인체 메타게놈 정보생산 기술 요약표
[표 19] 대사체학 연구 응용 분야
[표 20] 바이오마커 특성 및 용도에 따른 종류
[표 21] 휴먼 마이크로바이옴 치료제의 질환 영역
[표 22] 알츠하이머병과 파킨슨병의 유사점과 차이점
[표 23] 장내세균의 뇌 기능 조절 경로 및 다발성경화증 치료 경로
[표 24] 장내 나쁜 세균의 비만 유발 과정과 인간의 신진 대사를 변화시키는 경로
[표 25] 2016년 기준 미생물자원 보유국 상위 10위 현황
[표 26] 마이크로바이옴 분야 사업별 정부R&D투자 현황
[표 27] Major international microbiome projects
[표 28] 마이크로바이옴 이니셔티브 3대목표
[표 29] 표준화된 Metadata template의 예
[표 30] 마이크로바이옴 치료제를 개발중인 주요 업체
[표 31] 제약사, 바이오벤처의 마이크로바이옴 관련 연구개발 동향
[표 32] 마이크로바이옴 치료제 스타트업과 글로벌 대형 식품 및 제약기업과의 파트너십 주요 사례
[표 33] 국내 마이크로바이옴 개발사 연구 현황
[표 34] 대형제약사와 바이오기업간의 파트너쉽 체결 현황
[표 35] 휴먼 마이크로바이옴 치료제 시장 전망(백만 달러)
[표 36] 임상 3상 진행중인 마이크로바이옴 치료제 파이프라인 현황