WO2020122449A1 - 코리네박테리움 속 세균 유래 나노소포 및 이의 용도 - Google Patents

코리네박테리움 속 세균 유래 나노소포 및 이의 용도 Download PDF

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WO2020122449A1
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vesicles
bacterial
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bacteria
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김윤근
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주식회사 엠디헬스케어
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    • C12Q1/689—Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes for detection or identification of organisms for bacteria

Definitions

  • the present invention relates to nano-vesicles derived from bacteria of the genus Corynebacterium and uses thereof, more specifically cirrhosis, stroke, diabetes, asthma, atopic dermatitis, depression, breast cancer using nano-vesicles derived from the bacteria of the genus Corynebacterium , Dementia, and diagnostic methods for non-dementia, and a composition for preventing, improving, or treating the disease, including the vesicle.
  • the occurrence of the inflammatory disease is accompanied by abnormalities in immune function against external causative factors.
  • the immune response to a causative agent derived from bacteria is important for the Th17 immune response that secretes interleukin-17 cytokines, and when exposed to a bacterial causative factor, neutrophil inflammation caused by the Th17 immune response occurs.
  • inflammatory mediators such as Tumor Necrosis Factor-alpha (hereinafter referred to as TNF- ⁇ ) secreted by bacterial causative agents in the process of inflammation play an important role in the development of inflammation and cancer.
  • TNF- ⁇ Tumor Necrosis Factor-alpha
  • IL-6 secreted by a bacterial causal factor plays an important role in the differentiation into Th17 cells, and chronic inflammation caused by the Th17 immune response has been recently reported to be closely related to cancer as well as chronic inflammatory diseases. have.
  • Microbiota refers to a microbial community, including bacterial, archae, and eukarya, present in a given residence, and the intestinal microbiota is important for human physiology. It plays a role and is known to have a great influence on human health and disease through interaction with human cells.
  • the sedative and archaea bacteria that symbiotic with our body secrete nanometer-sized vesicles to exchange information such as genes and proteins into other cells.
  • the mucous membrane forms a physical barrier that cannot pass particles over 200 nanometers (nm) in size, and in the case of bacteria that symbiotic with the mucous membrane, it does not pass through the mucous membrane, but the bacterial-derived vesicles are less than 100 nanometers in size. It passes through epithelial cells through the mucous membrane and is absorbed by our body.
  • the pathogen-derived vesicles absorbed by our body have recently been shown to play an important role in the pathogenesis of metabolic diseases such as diabetes and obesity.
  • Corynebacterium is an aerobic Gram-positive bacterium that is widely spread in nature and is known to live in symbiosis with eukaryotes.
  • Corynebacterium glutamicum is a bacterium widely used in the production of amino acids, nucleic acids, and the like in industry.
  • the vesicles can be used as a composition for the diagnosis, prevention, improvement or treatment of various inflammatory diseases.
  • the present inventors as a result of diligent research to solve the above-mentioned conventional problems, metagenome analysis, compared to the normal person cirrhosis, stroke, diabetes, asthma, atopic dermatitis, depression, breast cancer, dementia, and non-dementia samples derived from patients It was confirmed that the content of bacterial-derived vesicles in Corynebacterium was significantly reduced. In addition, it was confirmed that the bacterial-derived vesicles of the genus Corynebacterium effectively suppress the inflammatory response caused by pathogenic vesicles, and based on this, the present invention was completed.
  • an object of the present invention is to provide a method for diagnosing or providing information for diagnosis of one or more diseases selected from the group consisting of cirrhosis, stroke, diabetes, asthma, atopic dermatitis, depression, breast cancer, dementia, and costoma. .
  • Another object of the present invention is to provide a composition for preventing, improving, or treating inflammatory diseases, comprising vesicles derived from bacteria of the genus Corynebacterium as an active ingredient.
  • the present invention comprises at least one disease selected from the group consisting of cirrhosis, stroke, diabetes, asthma, atopic dermatitis, depression, breast cancer, dementia, and nasal cancer, comprising the following steps: Provides information for diagnosis of:
  • the present invention provides a method for diagnosing one or more diseases selected from the group consisting of cirrhosis, stroke, diabetes, asthma, atopic dermatitis, depression, breast cancer, dementia, and nasal cancer, comprising the following steps:
  • the sample in step (a) may be blood, urine, feces, saliva or nasal mucosa.
  • the primer pair in the step (b) may be a primer pair comprising a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2.
  • the present invention provides a composition for the prevention, improvement, or treatment of inflammatory diseases, comprising bacterial-derived vesicles of the genus Corynebacterium as an active ingredient.
  • the composition may include a pharmaceutical composition, a food composition, a cosmetic composition, and an inhalant composition.
  • the present invention provides a method for preventing or treating inflammatory diseases, comprising administering to a subject a composition comprising bacterial-derived vesicles of the genus Corynebacterium as an active ingredient.
  • the present invention provides a method for preventing or treating inflammatory diseases of bacterial-derived vesicles of the genus Corynebacterium.
  • the present invention provides a composition comprising a bacterial-derived vesicle of the genus Corynebacterium as an active ingredient, preventing or treating inflammatory diseases.
  • the present invention provides a use for producing a drug used for inflammatory diseases of bacterial-derived vesicles of the genus Corynebacterium.
  • the vesicle may be secreted from Corynebacterium glutamicum.
  • the vesicle may have an average diameter of 10 to 200 nm.
  • the vesicle may be naturally or artificially secreted from bacteria of the genus Corynebacterium.
  • the artificial vesicle may be secreted by a method such as heat treatment or pressure treatment to bacteria.
  • the inflammatory disease may be one or more diseases selected from the group consisting of cirrhosis, stroke, diabetes, asthma, atopic dermatitis, depression, breast cancer, dementia, and costoma.
  • the present inventors confirmed that in the case of bacteria, they are not absorbed into the body, but in the case of bacteria, vesicles pass through the mucous membrane and are absorbed into mucosal epithelial cells, distributed systemically, and excreted through the kidneys, liver, and lungs outside the body. .
  • bacterial-derived vesicles present in Corynebacterium present in the blood or nasal mucosa of patients with cirrhosis, stroke, diabetes, asthma, atopic dermatitis, depression, breast cancer, dementia, and non-species by analyzing bacterial-derived vesicles present in the patient's blood. It was confirmed that is significantly reduced compared to normal people.
  • Figure 1a is a photograph of the distribution pattern of bacteria and vesicles by time after oral administration of bacteria and bacterial-derived vesicles (EV) to mice, and Figure 1b is 12 hours after oral administration. This is a figure that evaluates the distribution of bacteria and vesicles in the body by extracting blood, kidneys, liver, and various organs.
  • Figure 2 is a picture evaluating whether bacteria and bacteria-derived vesicles infiltrate into mucosal epithelial cells after administration of bacteria and bacteria-derived vesicles (EV) to mice (Lu, lumen; LP, lamina intestinal).
  • EV bacteria-derived vesicles
  • 3 is a result of comparing the distribution of bacterial-derived vesicles in the genus Corynebacterium after performing metagenome analysis of bacterial-derived vesicles present in patients with cirrhosis and normal blood.
  • 5 is a result of comparing the distribution of bacterial-derived vesicles in the genus Corynebacterium after performing metagenome analysis of bacterial-derived vesicles present in diabetic patients and normal blood.
  • FIG. 6 is a result of comparing the distribution of bacterial-derived vesicles in the genus Corynebacterium after performing a metagenome analysis of bacterial-derived vesicles present in asthma patients and normal blood.
  • 10 is a result of comparing the distribution of bacterial-derived vesicles in the genus Corynebacterium after performing metagenome analysis of bacterial-derived vesicles present in dementia patients and normal blood.
  • FIG. 11 is a diagram evaluating the invasive pattern of bacterial-derived vesicles of the genus Corynebacterium in the nasal mucosa of patients with allergic and non-allergic costomas and the normal control through metagenome analysis.
  • FIG. 12 is a result of evaluating apoptosis by treating vesicles derived from Corynebacterium glutamicum on macrophages (Raw264.7 cell) in order to evaluate the apoptosis effect of Corynebacterium glutamicum derived vesicles ( EV, extracellular vesicle; CGT101, Corynebacterium glutamicum EV).
  • EV extracellular vesicle
  • CGT101 Corynebacterium glutamicum EV
  • FIG. 13A and 13B are corynebacterium glutamicum-derived vesicles (CGT101), in order to evaluate the inflammatory effect, corynebacterium-derived vesicles are treated with macrophages (Raw264.7 cell) to stimulate the inflammatory mediator secretion.
  • FIG. 13A compares IL-6 secretion level
  • FIG. 13B compares TNF- ⁇ secretion level (EV, extracellular vesicle).
  • CCT101 Corynebacterium glutamicum-derived vesicles
  • E. coli EV E. coli EV
  • pathogenic vesicle E. coli vesicles
  • the present invention relates to bacterial-derived vesicles of the genus Corynebacterium and uses thereof.
  • the present inventors found that through metagenome analysis, the content of vesicles derived from the genus Corynebacterium was significantly reduced in samples derived from patients with cirrhosis, stroke, diabetes, asthma, atopic dermatitis, depression, breast cancer, dementia, and non-species compared to normal humans. Confirmed. In addition, the present inventors confirmed that the bacterial cells derived from Corynebacterium glutamicum are treated on inflammatory cells prior to administration of pathogenic causative factors to effectively suppress inflammatory reactions caused by pathogenic causative factors. Was completed.
  • the present invention comprises the following steps, cirrhosis, stroke, diabetes, asthma, atopic dermatitis, depression, breast cancer, dementia, and a method for providing information for diagnosis or diagnosis of one or more diseases selected from the group consisting of non-dementia Gives:
  • Diagnosis used in the present invention means, in a broad sense, judging the actual condition of a patient's illness across all aspects.
  • the content of the judgment is disease name, etiology, type, severity, detailed aspects of the bed, presence of complications, and prognosis.
  • Diagnosis in the present invention is to determine whether one or more diseases selected from the group consisting of cirrhosis, stroke, diabetes, asthma, atopic dermatitis, depression, breast cancer, dementia, and nasal disease, and the level of the disease.
  • Nenovesicle or "Vesicle” as used in the present invention means a structure made of nano-sized membranes secreted by various bacteria.
  • vesicles derived from gram-positive bacteria such as Corynebacterium
  • peptidoglycan a cell wall component of bacteria
  • lipoteichoic acid a cell wall component of bacteria
  • various small molecule compounds in vesicles.
  • the nanovesicles or vesicles are naturally secreted from bacteria of the genus Corynebacterium or artificially produced by heat treatment, pressure treatment, etc. on bacteria, and have an average diameter of 10 to 200 nm.
  • metagenome used in the present invention, also referred to as "military genome”, refers to the sum of genomes including all viruses, bacteria, fungi, etc. in isolated areas such as soil and animal intestines. It is used as a concept of genome to identify many microorganisms at once using a sequencer to analyze microorganisms that are not.
  • metagenome does not refer to a genome or genome of one species, but a genome of all species of one environmental unit. This is a term that comes from the viewpoint that when defining a species in the course of biological development, it is functionally not only one existing species, but also various species interacting with each other to make a complete species.
  • using rapid sequencing it analyzes all DNA and RNA regardless of species, and is a target for techniques to identify all species in one environment and to identify interactions and metabolism.
  • the vesicles are centrifuged, ultra-high-speed centrifugation, extruding, sonication, cell lysis, homogenization, freeze-thaw, electroporation, mechanical decomposition, chemical treatment, filtration by filter, centrifuging the culture medium containing bacteria of Corynebacterium. It can be separated using one or more methods selected from the group consisting of gel filtration chromatography, free-flow electrophoresis, and capillary electrophoresis. In addition, it may further include a process for removing impurities, concentration of the obtained vesicles, and the like.
  • the sample in step (a) may be blood, urine, feces, saliva or nasal mucosa, but is not limited thereto.
  • the primer pair in the step (b) may be a primer pair comprising a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2, but is not limited thereto.
  • the present invention provides a composition for the prevention, improvement or treatment of inflammatory diseases, comprising bacterial-derived vesicles of the genus Corynebacterium as an active ingredient.
  • the composition includes a pharmaceutical composition, a food composition, a cosmetic composition, and an inhalant composition.
  • the present invention provides a method of preventing or treating inflammatory diseases, comprising administering to a subject a composition comprising bacterial-derived vesicles of the genus Corynebacterium as an active ingredient.
  • the present invention provides a preventive or therapeutic use of bacterial-derived vesicles of the genus Corynebacterium.
  • the present invention provides a composition comprising a bacterial-derived vesicle of the genus Corynebacterium as an active ingredient, for preventing or treating inflammatory diseases.
  • the present invention provides a use for producing a drug used for inflammatory diseases of bacterial-derived vesicles of the genus Corynebacterium.
  • inflammatory disease used in the present invention refers to a disease caused by inflammation caused as a result of damage to the skin or intestinal epithelial cells exposed to a factor causing inflammation, and as a result of inflammation Occurring metabolic diseases, cardiovascular diseases, neuro-psychiatric diseases, cancer, but is not limited thereto.
  • Examples of the inflammatory disease according to the present invention include, but are not limited to, cirrhosis, stroke, diabetes, asthma, atopic dermatitis, depression, breast cancer, dementia, costoma, and the like.
  • prevention means all actions that suppress or delay the onset of inflammatory diseases by administration of the composition according to the present invention.
  • treatment means all actions in which symptoms of inflammatory diseases are improved or advantageously changed by administration of the composition according to the present invention.
  • the term “improvement” refers to any action that at least reduces the severity of parameters associated with the condition being treated, such as symptoms.
  • bacteria and bacterial-derived vesicles are administered orally to the mouse to evaluate the absorption, distribution, and excretion of the bacterial and vesicles in the body. It was confirmed that it was absorbed within minutes, distributed systemically, and excreted through the kidney, liver, and the like (see Example 1).
  • the distribution of bacteria in Corynebacterium through metagenome analysis in clinical samples of patients with cirrhosis, stroke, diabetes, asthma, atopic dermatitis, depression, breast cancer, dementia, and non-species and normal controls As compared, it was confirmed that the distribution of bacterial-derived vesicles in Corynebacterium was significantly reduced in the clinical sample of the patient compared to the normal control group (see Examples 3 to 12).
  • the Corynebacterium glutamicum strain belonging to the bacteria of the genus Corynebacterium was cultured to evaluate the inflammatory effect of vesicles secreted therefrom.
  • the anti-inflammatory effect of vesicles derived from Corynebacterium glutamicum strains was evaluated. After processing the vesicles derived from Corynebacterium glutamicum at various concentrations into macrophages before processing the pathogenic vesicles, E. coli-derived vesicles, the inflammatory mediator secretion was evaluated, and TNF- ⁇ secretion by the inflammatory-induced E. coli-derived vesicles was secreted. It was confirmed that the vesicles derived from Corynebacterium glutamicum effectively inhibited (see Example 15).
  • the pharmaceutical composition according to the present invention may include a pharmaceutically acceptable carrier.
  • the pharmaceutically acceptable carrier is commonly used in preparation, and includes, but is not limited to, saline, sterile water, Ringer's solution, buffered saline, cyclodextrin, dextrose solution, maltodextrin solution, glycerol, ethanol, liposomes, etc. If necessary, it may further contain other conventional additives such as antioxidants, buffers, if necessary.
  • diluents, dispersants, surfactants, binders, lubricants, and the like can be additionally added to prepare formulations for injection, pills, capsules, granules, or tablets, such as aqueous solutions, suspensions, and emulsions.
  • suitable pharmaceutically acceptable carriers and formulations the formulations described in Remington's literature can be used to formulate according to each component.
  • the pharmaceutical composition of the present invention is not particularly limited in the formulation, but can be formulated as an injection, an inhalant, an external preparation for skin, or an oral intake.
  • the pharmaceutical composition of the present invention may be administered orally or parenterally (eg, intravenously, subcutaneously, skin, nasal cavity, and airways) according to a desired method, and the dosage is the patient's condition and weight, disease Depending on the degree, drug type, route of administration and time, it can be appropriately selected by those skilled in the art.
  • a pharmaceutically effective amount means an amount sufficient to treat a disease at a ratio of rational benefit/risk applicable to medical treatment, and an effective dose level corresponds to the type, severity, drug activity, and drug of the patient. Sensitivity to administration, time of administration, route of administration and rate of excretion, duration of treatment, factors including co-drugs and other factors well known in the medical field.
  • the composition according to the present invention may be administered as an individual therapeutic agent or in combination with other therapeutic agents, and may be administered sequentially or simultaneously with a conventional therapeutic agent, and may be administered single or multiple. Considering all of the above factors, it is important to administer an amount that can achieve the maximum effect in a minimal amount without side effects, which can be easily determined by those skilled in the art.
  • the effective amount of the pharmaceutical composition according to the present invention may vary depending on the patient's age, sex, and weight, and may increase or decrease depending on the route of administration, severity of obesity, sex, weight, and age.
  • the active ingredient may be added to the inhaler as it is or used with other components, and may be suitably used according to a conventional method.
  • the mixing amount of the active ingredient can be appropriately determined depending on the purpose of use (prevention or treatment).
  • the food composition of the present invention includes a health functional food composition.
  • the food composition according to the present invention can be added as an active ingredient to the food or used with other food or food ingredients, it can be suitably used according to a conventional method.
  • the mixing amount of the active ingredient can be appropriately determined according to its purpose of use (for prevention or improvement).
  • the composition of the present invention is added in an amount of 15% by weight or less, preferably 10% by weight or less with respect to the raw materials, in the preparation of a food or beverage.
  • the amount may be below the above range.
  • the food composition of the present invention is an essential ingredient in the indicated proportions, and other ingredients than the above-mentioned active ingredient are not particularly limited, and may contain various flavoring agents or natural carbohydrates, etc., as additional ingredients, as in conventional beverages.
  • natural carbohydrates described above include monosaccharides, such as glucose, fructose, and the like; Disaccharides such as maltose, sucrose, etc.; And polysaccharides, for example, conventional sugars such as dextrin, cyclodextrin, and sugar alcohols such as xylitol, sorbitol, and erythritol.
  • natural flavoring agents taumatine, stevia extract, for example rebaudioside A, glycyrrhizine, etc.
  • synthetic flavoring agents sacharin, aspartame, etc.
  • the proportion of the natural carbohydrate can be appropriately determined by the choice of those skilled in the art.
  • the food composition of the present invention includes various nutrients, vitamins, minerals (electrolytes), flavoring agents such as synthetic flavoring agents and natural flavoring agents, coloring agents and neutralizing agents (cheese, chocolate, etc.), pectic acid and salts thereof, alginic acid and It may contain salts, organic acids, protective colloidal thickeners, pH adjusting agents, stabilizers, preservatives, glycerin, alcohol, carbonic acid used in carbonated beverages, and the like. These ingredients can be used independently or in combination. The proportions of these additives can also be appropriately selected by those skilled in the art.
  • the cosmetic composition of the present invention may include bacterial-derived vesicles of the genus Corynebacterium, as well as ingredients commonly used in cosmetic compositions, such as antioxidants, stabilizers, solubilizers, vitamins, pigments, and fragrances Customary adjuvants, and carriers.
  • composition of the present invention in addition to the vesicles derived from bacteria of the genus Corynebacterium, can also be used by mixing organic sunscreens that have been conventionally used to the extent that they do not impair the skin protective effect by reacting with the bacteria derived from the genus Corynebacterium. have.
  • organic sunscreen examples include glyceryl baba, drometrizolitrisiloxane, drometrizole, digaloyl trioleate, disodium phenyldibenzimidazole tetrasulfonate, diethylhexylbutamidotriazone, diethylamino Hydroxybenzoylhexylbenzoate, die-methoxycinnamate, mixture of Lawson and dihydroxyacetone, methylenebis-benzotriazolyltetramethylbutylphenol, 4-methylbenzylidene camphor, menthyl anthranylate, benzophenone -3 (oxybenzone), benzophenone-4, benzophenone-8 (dioxyphenbenzone), butylmethoxydibenzoylmethane, bisethylhexyloxyphenolmethoxyphenyltriazine, cynoxate, ethyldihydroxypropylparva, Octoc
  • cosmetics and cleansing agents such as convergent makeup, softening makeup, nutrient makeup, various creams, essences, packs, foundations, cleansing agents, soaps, treatments, and cosmetics And so on.
  • Specific formulations of the cosmetic composition of the present invention include skin lotion, skin softener, skin toner, astringent, lotion, milk lotion, moisture lotion, nutrition lotion, massage cream, nutrition cream, moisture cream, hand cream, essence, nutrition essence, pack, Contains formulations such as soap, shampoo, cleansing foam, cleansing lotion, cleansing cream, body lotion, body cleanser, emulsion, lipstick, makeup base, foundation, press powder, rust powder, and eye shadow.
  • Example 1 Analysis of bacterial and bacterial-derived vesicle absorption, distribution, and excretion patterns
  • Example 2 Evaluation of the presence or absence of penetration of the mucosal barrier of bacteria and bacterial-derived vesicles
  • bacteria and bacterial-derived vesicles In order to evaluate whether bacteria and bacterial-derived vesicles penetrate the mucosal barrier and infiltrate into epithelial tissue, the bacteria and bacterial-derived vesicles are administered directly to the intestine, and then pass through the mucosal barrier to the epithelial tissue by immunohistochemistry. Infiltration was evaluated.
  • antibodies against bacteria and vesicles were produced and used with GFP (Green fluorescent protein) attached. After staining with DAPI (4, 6-diamidino 2-phenylindole), observed under a microscope Did.
  • Example 3 Analysis of bacterial-derived vesicle metagenome present in clinical samples
  • Blood or nasal mucosa tissues, etc. were first placed in a 10 ml tube and the suspension was settled with a centrifuge (3,500 x g, 10 min, 4 °C), and then only the supernatant was transferred to a new 10 ml tube. After removing bacteria and foreign matters using a 0.22 ⁇ m filter, they were transferred to a centripreigugal filters (50 kD) and centrifuged at 1500 x g, 4° C. for 15 minutes, discarding substances smaller than 50 kD and concentrating to 10 ml.
  • a centrifuge 3,500 x g, 10 min, 4 °C
  • the bacteria and foreign matter were removed using a 0.22 ⁇ m filter, and ultra-high-speed centrifugation was performed at 150,000 xg, 4°C for 3 hours using a Type 90ti rotor, and the supernatant was removed to remove lumped pellets. It was dissolved in physiological saline (Phosphate buffered saline, PBS).
  • physiological saline Phosphate buffered saline, PBS
  • the DNA extracted by the above method is amplified using the above 16S rDNA primer, and then sequencing is performed (Illumina MiSeq sequencer), the result is output as a SFF (Standard Flowgram Format) file, and GS FLX software (v2.9) is used.
  • SFF Standard Flowgram Format
  • GS FLX software v2.9
  • UCLUST and USEARCH are used to perform clustering according to sequence similarity, genus 94%, family 90%, order 85%, and strong( The class is 80%, the phylum is 75%, and clustering is based on sequence similarity.
  • the level of each OTU is phylum, class, order, family, and genus.
  • BLASTN and GreenGenes 16S RNA sequence databases were used to profile bacteria having sequence similarity of 97% or higher at the genus level (QIIME).
  • Example 4 Analysis of bacteria-derived vesicle metagenome in the blood of cirrhosis patients
  • Example 3 after analyzing the metagenome by extracting genes from vesicles present in the blood of 97 normal cirrhosis patients and 171 normal blood whose age and gender matched, the bacteria derived from the genus Corynebacterium Distribution of vesicles was evaluated. As a result, it was confirmed that the bacterial-derived vesicles of Corynebacterium were significantly reduced in the blood of cirrhosis and liver cancer patients compared to normal blood (see FIG. 3).
  • Example 5 Metagenome analysis of bacterial-derived vesicles in the blood of stroke patients
  • Example 3 after performing a metagenome analysis by extracting a gene from vesicles present in the blood of 79 normal patients who matched age and gender with 79 stroke patients, the bacteria derived from the genus Corynebacterium Distribution of vesicles was evaluated. As a result, it was confirmed that the bacterial-derived vesicles in Corynebacterium were significantly reduced in the blood of stroke patients compared to normal blood (see FIG. 4).
  • Example 6 Metagenome analysis of bacterial-derived vesicles in the blood of diabetic patients
  • Example 3 after performing a metagenome analysis by extracting genes from vesicles present in the blood of 81 diabetic patients and normal 126 blood of age and gender matching, the bacteria derived from the genus Corynebacterium The distribution of vesicles was evaluated. As a result, it was confirmed that the bacterial-derived vesicles in Corynebacterium were significantly reduced in the blood of diabetic patients compared to normal blood (see FIG. 5).
  • Example 7 Analysis of bacterial-derived vesicle metagenome in the blood of an asthma patient
  • Example 3 182 patients with asthma and 180 normal blood whose age and gender were matched were extracted, and genes were extracted from vesicles present in the blood, followed by metagenome analysis, and derived from bacteria of the genus Corynebacterium. The distribution of vesicles was evaluated. As a result, it was confirmed that the bacterial-derived vesicles of Corynebacterium were significantly reduced in the blood of an asthma patient compared to normal blood (see FIG. 6).
  • Example 8 Analysis of bacterial-derived vesicle metagenome in the blood of patients with atopic dermatitis
  • Example 9 Metagenome analysis of bacterial-derived vesicles in the blood of depressed patients
  • Example 3 after analyzing the metagenome by extracting the gene from the vesicles present in the blood of 72 normal patients who matched age and gender with 72 patients with depression, the bacteria from the genus Corynebacterium Distribution of vesicles was evaluated. As a result, it was confirmed that the bacterial-derived vesicles in Corynebacterium were significantly reduced in the blood of a depressed patient compared to normal blood (see FIG. 8).
  • Example 10 Analysis of bacterial-derived vesicle metagenome in the blood of breast cancer patients
  • Example 3 targets the blood of 102 breast cancer patients and 100 normal people who matched age and gender, extracts genes from vesicles present in the blood, performs metagenome analysis, and then derives bacteria from the genus Corynebacterium. Distribution of vesicles was evaluated. As a result, it was confirmed that the bacterial-derived vesicles in Corynebacterium were significantly reduced in the blood of breast cancer patients compared to normal blood (see FIG. 9).
  • Example 11 Metagenome analysis of bacterial-derived vesicles in the blood of dementia patients
  • Example 3 After performing a metagenome analysis by extracting a gene from vesicles present in the blood of 73 normal patients with dementia and age and gender matched, the bacteria derived from the genus Corynebacterium Distribution of vesicles was evaluated. As a result, it was confirmed that the bacterial-derived vesicles in Corynebacterium were significantly reduced in the blood of dementia patients compared to normal blood (see FIG. 10).
  • Example 12 Infiltrating pattern of bacterial-derived vesicles in Corynebacterium through non-mucosal metagenome analysis of non-species patients and normal controls
  • metagenome analysis was performed to evaluate the infiltration pattern of bacterial-derived vesicles in the nasal mucosa of non-species patients (43 non-allergic patients and 45 allergic patients) and 39 normal controls.
  • the nasal tissues of allergic cost patients and non-allergic cost patients had significantly reduced bacterial-derived vesicles in Corynebacterium compared to the normal control group, and allergic and corynebacterium in cost patients.
  • There was no difference in the degree of infiltration of vesicle-derived vesicles see FIG. 11).
  • Example 13 Separation of vesicles from Corynebacterium glutamicum culture
  • Corynebacterium glutamicum ( Corynebacterium glutamicum ) strain was cultured in MRS (de Man-Rogosa and Sharpe) medium until the absorbance (OD 600) of 1.0 to 1.5 in a 37 °C incubator, and then LB (Luria-Bertani) ) Sub-culture in the medium. After that, the culture solution containing the strain was collected, centrifuged at 10,000 xg, 4°C for 20 minutes to remove the cells, and filtered through a 0.22 ⁇ m filter.
  • MRS de Man-Rogosa and Sharpe
  • LB Lia-Bertani
  • the filtered supernatant was concentrated to a volume of 50 ml or less through microfiltration using a MasterFlex pump system (Cole-Parmer, US) with a 100 kDa Pellicon 2 Cassette filter membrane (Merck Millipore, US), and concentrated.
  • the supernatant was filtered once again with a 0.22 ⁇ m filter.
  • the protein was quantified using a BCA (Bicinchoninic acid) assay, and the following experiment was performed on the obtained vesicle.
  • Example 14 Inflammatory effect of vesicles derived from Corynebacterium glutamicum
  • Corynebacterium glutamicum EV-derived inflammatory mediator (IL-6, TNF- ⁇ ) was used to investigate the effect of Corynebacterium glutamicum EV-derived inflammatory mediator (IL-6, TNF- ⁇ ) on inflammatory cells.
  • Corynebacterium in mouse macrophage cell line Raw 264.7 cells After treatment with glutamicum-derived vesicles at various concentrations (0.1, 1, 10 ⁇ g/ml), apoptosis and ELISA were performed.
  • the capture antibody was diluted in PBS, dispensed 50 ⁇ l according to the working concentration in a 96 well polystyrene plate, and reacted overnight at 4° C., followed by PBST (0.05 After washing three times with 100 ⁇ l of PBS (% tween-20) solution, 100 ⁇ l of RD (PBS with 1% BSA) solution was dispensed and blocked for 1 hour at room temperature. 50 ⁇ l of sample and standard are dispensed according to the concentration, reacted at room temperature for 2 hours, washed three times with 100 ⁇ l of PBST, and then the detection antibody is diluted in RD to 50 ⁇ l according to the working concentration.
  • Example 15 Anti-inflammatory effect of vesicles derived from Corynebacterium glutamicum
  • Example 14 in order to evaluate the anti-inflammatory effect of vesicles derived from Corynebacterium glutamicum, vesicles derived from Corynebacterium glutamicum at various concentrations (0.1, 1, 10 ⁇ g/ml) (CGT101) was pretreated with mouse macrophage cell lines for 12 hours, treated with 1 ⁇ g/ml of vesicles derived from Escherichia coli, a pathogenic factor, and secretion of inflammatory cytokines was measured by ELISA after 12 hours.
  • CCT101 0.1, 1, 10 ⁇ g/ml
  • the bacterial-derived vesicles of the genus Corynebacterium according to the present invention have been confirmed to be distributed systemically, absorbed by mucosal epithelial cells through the membrane's defenses, and excreted through the kidneys, liver, and lungs in vitro, cirrhosis, stroke, and diabetes , Asthma, atopic dermatitis, depression, breast cancer, dementia, and non-species in patients with blood or nasal mucosa was confirmed to be significantly reduced, and pathogenic vesicles, such as TNF- ⁇ secretion of inflammatory mediators can be significantly suppressed. , It is expected that the industrial use value is large in that it can be usefully used in a composition for the prevention or treatment of inflammatory diseases.

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Abstract

본 발명은 코리네박테리움 속 세균 유래 소포 및 이의 용도에 관한 것으로, 본 발명자들은 코리네박테리움 속 세균 유래 소포가 간경변, 뇌졸중, 당뇨병, 천식, 아토피피부염, 우울증, 유방암, 치매, 및 비용종 환자의 임상 샘플에서 감소되어 있었고, 염증을 유도하는 병원성 소포에 의한 염증매개체 분비를 효율적으로 억제함을 실험적으로 확인하였는바, 본 발명에 따른 코리네박테리움 속 세균 유래 소포는 간경변, 뇌졸중, 당뇨병, 천식, 아토피피부염, 우울증, 유방암, 치매, 및 비용종 등을 포함하는 염증질환의 예방 또는 치료용 조성물로서 유용하게 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

Description

코리네박테리움 속 세균 유래 나노소포 및 이의 용도
본 발명은 코리네박테리움 속 세균 유래 나노소포 및 이의 용도에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 코리네박테리움 속 세균에서 유래하는 나노소포를 이용한 간경변, 뇌졸중, 당뇨병, 천식, 아토피피부염, 우울증, 유방암, 치매, 및 비용종의 진단방법, 및 상기 소포를 포함하는 상기 질환에 대한 예방, 개선, 또는 치료용 조성물 등에 관한 것이다.
본 출원은 2018년 12월 10일에 출원된 대한민국 특허출원 제10-2018-0158622호 및 2019년 10월 23일에 출원된 대한민국 특허출원 제10-2019-0132137호에 기초한 우선권을 주장하며, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.
21세기에 들어서면서 과거 전염병으로 인식되던 급성 감염성질환의 중요성이 덜해지는 반면, 인간과 마이크로바이옴(Microbiome)과의 부조화에 의해 발생하는 면역기능 이상을 동반한 만성 염증질환이 주요 질환으로 질병패턴이 바뀌었다. 특히, 식이습관의 서구화에 따른 비만, 당뇨병, 심혈관질환, 신경-정신질환, 및 암 등의 만성염증질환과 가옥구조의 변화에 따른 실내 대기오염과 실내에서의 생활시간이 증가함에 따라 피부 및 호흡기 염증질환이 국민보건에 큰 문제가 되고 있다.
상기 염증질환의 발생에는 외부 원인인자에 대한 면역기능에 이상을 동반하고 있다. 세균에서 유래하는 원인인자에 대한 면역반응은 인터루킨(Interleukin, 이하 IL)-17 사이토카인을 분비하는 Th17 면역반응이 중요하고, 세균성 원인인자에 노출 시 Th17 면역반응에 의한 호중구성 염증이 발생한다. 또한, 염증이 발생하는 과정에서 세균성 원인인자에 의해 분비되는 종양괴사인자-알파(Tumor Necrosis Factor-alpha, 이하 TNF-α)와 같은 염증성 매개체가 염증 및 암 발생에 중요한 역할을 담당한다. 염증성 매개체 중에서 세균성 원인인자에 의해 분비되는 IL-6는 Th17 세포로의 분화에 중요한 역할을 담당하고, Th17 면역반응에 의한 만성염증은 만성 염증질환뿐만 아니라 암 발생과도 밀접한 관련이 있다고 최근 보고되고 있다.
인체에 공생하는 미생물의 개수는 100조 개에 이르러 인간 세포보다 약 10배가 많으며, 미생물의 유전자수는 인간 유전자수의 100배가 넘는 것으로 알려져 있다. 미생물총(microbiota 혹은 microbiome)은 주어진 거주지에 존재하는 진정세균(bacteria), 고세균(archaea), 진핵생물(eukarya)을 포함한 미생물 군집(microbial community)을 말하고, 장내 미생물총은 사람의 생리현상에 중요한 역할을 하며, 인체 세포와 상호작용을 통해 인간의 건강과 질병에 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.
우리 몸에 공생하는 진정세균 및 고세균은 다른 세포로의 유전자, 단백질 등의 정보를 교환하기 위하여 나노미터 크기의 소포(vesicle)를 분비한다. 점막은 200 나노미터(nm) 크기 이상의 입자는 통과할 수 없는 물리적인 방어막을 형성하여 점막에 공생하는 세균인 경우에는 점막을 통과하지 못하지만, 세균 유래 소포는 크기가 100 나노미터 크기 이하라서 비교적 자유롭게 점막을 통하여 상피세포를 통과하여 우리 몸에 흡수된다. 우리 몸에 흡수되는 병원성 세균 유래 소포는 최근 당뇨병, 비만 등이 대사질환의 병인에 중요한 역할을 담당함이 밝혀졌다.
코리네박테리움( Corynebacterium) 속 세균은 호기성 그람양성 세균으로서, 자연계에 널리 퍼져서 진핵생물과 공생하여 살아가는 세균으로 알려져 있다. 특히, 코리네박테리움 글루타미쿰( Corynebacterium glutamicum) 균은 산업적으로 아미노산, 핵산 등의 생산에 널리 사용되고 있는 균이다. 그러나, 아직까지 코리네박테리움 속 세균이 세포 밖으로 소포를 이용한 치료기술에 대한 보고는 전무한 상태이다.
이에, 본 발명에서는 코리네박테리움 속 세균으로부터 소포를 최초로 분리하고, 그 특성을 확인함으로써 상기 소포를 다양한 염증질환의 진단 및 염증질환의 예방, 개선 또는 치료용 조성물로 이용할 수 있음을 확인하였다.
본 발명자들은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 메타게놈 분석을 통해 정상인에 비하여 간경변, 뇌졸중, 당뇨병, 천식, 아토피피부염, 우울증, 유방암, 치매, 및 비용종 환자 유래 샘플에서 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의 함량이 유의하게 감소되어 있음 확인하였다. 또한, 코리네박테리움 속 세균 유래 소포가 병원성 소포에 의한 염증반응을 효율적으로 억제함을 확인한 바, 이에 기초하여 본 발명을 완성하였다.
이에, 본 발명은 간경변, 뇌졸중, 당뇨병, 천식, 아토피피부염, 우울증, 유방암, 치매, 및 비용종으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 질환의 진단방법 또는 진단을 위한 정보제공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 코리네박테리움 속 세균 유래 소포를 유효성분으로 포함하는, 염증질환의 예방, 개선, 또는 치료용 조성물을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기의 단계를 포함하는, 간경변, 뇌졸중, 당뇨병, 천식, 아토피피부염, 우울증, 유방암, 치매, 및 비용종으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 질환의 진단을 위한 정보제공방법을 제공한다:
(a) 정상인 및 피검자 샘플에서 분리한 소포로부터 DNA를 추출하는 단계;
(b) 상기 추출한 DNA에 대하여 16S rDNA에 존재하는 유전자 서열에 기초하여 제작한 프라이머 쌍을 이용하여 PCR(Polymerase Chain Reaction)을 수행한 후, 각각의 PCR 산물을 수득하는 단계; 및
(c) 상기 PCR 산물의 정량분석을 통하여 정상인에 비하여 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의 함량이 낮을 경우, 간경변, 뇌졸중, 당뇨병, 천식, 아토피피부염, 우울증, 유방암, 치매, 및 비용종으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 질환으로 판정하는 단계.
또한, 본 발명은 하기의 단계를 포함하는, 간경변, 뇌졸중, 당뇨병, 천식, 아토피피부염, 우울증, 유방암, 치매, 및 비용종으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 질환의 진단방법을 제공한다:
(a) 정상인 및 피검자 샘플에서 분리한 소포로부터 DNA를 추출하는 단계;
(b) 상기 추출한 DNA에 대하여 16S rDNA에 존재하는 유전자 서열에 기초하여 제작한 프라이머 쌍을 이용하여 PCR을 수행한 후, 각각의 PCR 산물을 수득하는 단계; 및
(c) 상기 PCR 산물의 정량분석을 통하여 정상인에 비하여 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의 함량이 낮을 경우, 간경변, 뇌졸중, 당뇨병, 천식, 아토피피부염, 우울증, 유방암, 치매, 및 비용종으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 질환으로 판정하는 단계.
본 발명의 일 구현예로, 상기 (a) 단계에서의 샘플은 혈액, 소변, 대변, 타액 또는 비점막일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예로, 상기 (b) 단계에서의 프라이머 쌍은 서열번호 1 및 서열번호 2로 표시되는 염기서열을 포함하는 프라이머 쌍일 수 있다.
또한, 본 발명은 코리네박테리움 속 세균 유래 소포를 유효성분으로 포함하는, 염증질환의 예방, 개선, 또는 치료용 조성물을 제공한다.
상기 조성물은 약학적 조성물, 식품 조성물, 화장료 조성물, 및 흡입제 조성물을 포함할 수 있다.
또한 본 발명은, 코리네박테리움 속 세균 유래 소포를 유효성분으로 포함하는 조성물을 개체에 투여하는 단계를 포함하는, 염증질환의 예방 또는 치료방법을 제공한다.
또한 본 발명은, 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의, 염증질환의 예방 또는 치료 용도를 제공한다.
또한 본 발명은, 코리네박테리움 속 세균 유래 소포를 유효성분으로 포함하는 조성물의, 염증질환 예방 또는 치료 용도를 제공한다.
또한 본 발명은, 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의 염증질환에 이용되는 약제를 생산하기 위한 용도를 제공한다.
본 발명의 일 구현예로, 상기 소포는 코리네박테리움 글루타미쿰에서 분비되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예로, 상기 소포는 평균 직경이 10 내지 200 nm인 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 소포는 코리네박테리움 속 세균에서 자연적 또는 인공적으로 분비되는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 인공 소포는 세균에 열처리, 가압처리 등의 방법으로 분비되는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 염증질환은 간경변, 뇌졸중, 당뇨병, 천식, 아토피피부염, 우울증, 유방암, 치매, 및 비용종으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 질환일 수 있다.
본 발명자들은 세균인 경우에는 체내에 흡수되지 않지만, 세균 유래 소포인 경우에는 점막의 방어막을 통과하여 점막 상피세포에 흡수되어, 전신적으로 분포하고, 신장, 간, 폐를 통해 체외로 배설됨을 확인하였다. 또한 환자 혈액에 존재하는 세균 유래 소포 메타게놈 분석을 통해 간경변, 뇌졸중, 당뇨병, 천식, 아토피피부염, 우울증, 유방암, 치매, 및 비용종 환자의 혈액 또는 비점막에 존재하는 코리네박테리움 속 세균 유래 소포가 정상인에 비하여 유의하게 감소되어 있음을 확인하였다. 또한, 코리네박테리움 속 세균의 한 종인 코리네박테리움 글루타미쿰을 체외에서 배양하고 소포를 분리하여 염증세포에 투여하였을 때, 병원성 소포에 의한 TNF-α 등의 염증매개체 분비를 유의하게 억제하였음을 확인한 바, 본 발명에 따른 코리네박테리움 속 세균 유래 소포는 상기 염증성 질환의 예방용 혹은 치료용 조성물에 유용하게 이용될 수 있을 것으로 기대된다.
도 1a는 마우스에 세균(bacteria)과 세균 유래 소포(EV)를 구강으로 투여한 후, 시간별로 세균과 소포의 분포양상을 촬영한 사진이고, 도 1b는 구강으로 투여한 후 12시간째에, 혈액, 신장, 간, 및 여러 장기를 적출하여, 세균과 소포의 체내 분포양상을 평가한 그림이다.
도 2는 마우스에 세균(bacteria)과 세균 유래 소포(EV)를 투여한 후, 점막 상피세포로 세균과 세균 유래 소포의 침윤 여부를 평가한 그림이다(Lu, lumen; LP, lamina propria).
도 3은 간경변 환자 및 정상인 혈액에 존재하는 세균 유래 소포 메타게놈 분석을 실시한 후, 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의 분포를 비교한 결과이다.
도 4는 뇌졸중 환자 및 정상인 혈액에 존재하는 세균 유래 소포 메타게놈 분석을 실시한 후, 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의 분포를 비교한 결과이다.
도 5는 당뇨병 환자 및 정상인 혈액에 존재하는 세균 유래 소포 메타게놈 분석을 실시한 후, 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의 분포를 비교한 결과이다.
도 6은 천식 환자 및 정상인 혈액에 존재하는 세균 유래 소포 메타게놈 분석을 실시한 후, 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의 분포를 비교한 결과이다.
도 7은 아토피피부염 환자 및 정상인 혈액에 존재하는 세균 유래 소포 메타게놈 분석을 실시한 후, 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의 분포를 비교한 결과이다.
도 8은 우울증 환자 및 정상인 혈액에 존재하는 세균 유래 소포 메타게놈 분석을 실시한 후, 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의 분포를 비교한 결과이다.
도 9는 유방암 환자 및 정상인 혈액에 존재하는 세균 유래 소포 메타게놈 분석을 실시한 후, 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의 분포를 비교한 결과이다.
도 10은 치매 환자 및 정상인 혈액에 존재하는 세균 유래 소포 메타게놈 분석을 실시한 후, 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의 분포를 비교한 결과이다.
도 11은 알레르기성 및 비알레르기성 비용종 환자 및 정상대조군의 비강 점막조직에 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의 침윤 양상을 메타게놈 분석을 통해 평가한 그림이다.
도 12는 코리네박테리움 글루타미쿰 유래 소포의 세포사멸 효과를 평가하기 위하여, 코리네박테리움 글루타미쿰 유래 소포를 대식세포(Raw264.7 cell)에 처리하여 세포사멸을 평가한 결과이다(EV, extracellular vesicle; CGT101, Corynebacterium glutamicum EV).
도 13a 및 도 13b는 코리네박테리움 글루타미쿰 유래 소포(CGT101)의 염증유발 효과를 평가하기 위하여, 코리네박테리움균 유래 소포를 대식세포(Raw264.7 cell)에 처리하여 염증매개체 분비 정도를 병원성 소포인 대장균 소포( E. coli EV)와 비교한 결과로서, 도 13a는 IL-6 분비 정도를 비교한 것이고, 도 13b는 TNF-α 분비 정도를 비교한 것이다(EV, extracellular vesicle).
도 14는 코리네박테리움 글루타미쿰 유래 소포(CGT101)의 항염증 효과를 평가하기 위하여, 병원성 소포인 대장균 소포( E. coli EV) 처리 전에 코리네박테리움균 유래 소포를 전처리하여, 대장균 소포에 의한 염증매개체인 TNF-α 분비에 미치는 영향을 평가한 결과이다(EV, extracellular vesicle).
본 발명은 코리네박테리움 속 세균 유래 소포 및 이의 용도에 관한 것이다.
본 발명자들은 메타게놈 분석을 통해 정상인에 비하여 간경변, 뇌졸중, 당뇨병, 천식, 아토피피부염, 우울증, 유방암, 치매, 및 비용종 환자 유래 샘플에서 코리네박테리움 속 유래 소포의 함량이 현저히 감소되어 있음을 확인하였다. 또한, 본 발명자들은 코리네박테리움 글루타미쿰 균 유래 소포를 병원성 원인인자를 투여하기 전에 염증세포에 처리하여 병원성 원인인자에 의한 염증반응을 효율적으로 억제함을 확인하였는바, 이에 기초하여 본 발명을 완성하였다.
이에, 본 발명은 하기의 단계를 포함하는, 간경변, 뇌졸중, 당뇨병, 천식, 아토피피부염, 우울증, 유방암, 치매, 및 비용종으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 질환의 진단 방법 또는 진단을 위한 정보제공방법을 제공한다:
(a) 정상인 및 피검자 샘플에서 분리한 소포로부터 DNA를 추출하는 단계;
(b) 상기 추출한 DNA에 대하여 16S rDNA에 존재하는 유전자 서열에 기초하여 제작한 프라이머 쌍을 이용하여 PCR(Polymerase Chain Reaction)을 수행한 후, 각각의 PCR 산물을 수득하는 단계; 및
(c) 상기 PCR 산물의 정량분석을 통하여 정상인에 비하여 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의 함량이 낮을 경우, 간경변, 뇌졸중, 당뇨병, 천식, 아토피피부염, 우울증, 유방암, 치매, 및 비용종으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 질환으로 판정하는 단계.
본 발명에서 사용되는 용어 "진단"이란, 넓은 의미로는 환자의 병의 실태를 모든 면에 걸쳐서 판단하는 것을 의미한다. 판단의 내용은 병명, 병인, 병형, 경중, 병상의 상세한 양태, 합병증의 유무, 및 예후 등이다. 본 발명에서 진단은 간경변, 뇌졸중, 당뇨병, 천식, 아토피피부염, 우울증, 유방암, 치매, 및 비용종으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 질환의 발병 여부 및 질환의 수준 등을 판단하는 것이다.
본 발명에서 사용되는 용어 "나노소포(Nanovesicle)" 혹은 "소포(Vesicle)"란, 다양한 세균에서 분비되는 나노 크기의 막으로 된 구조물을 의미한다. 코리네박테리움과 같은 그람양성균(gram-positive bacteria) 유래 소포는 단백질과 핵산 외에도 세균의 세포벽 구성성분인 펩티도글리칸(peptidoglycan)과 리포테이코산(lipoteichoic acid), 그리고 소포 내에 여러 가지 저분자화합물을 가지고 있다. 본 발명에 있어서, 나노소포 혹은 소포는 코리네박테리움 속 세균에서 자연적으로 분비되거나 또는 세균에 열처리, 가압처리 등을 통해 인공적으로 생산하는 것으로, 10 내지 200 nm의 평균 직경을 가지고 있다.
본 발명에서 사용되는 용어 "메타게놈" 이란, "군유전체"라고도 하며, 흙, 동물의 장 등 고립된 지역 내의 모든 바이러스, 세균, 곰팡이 등을 포함하는 유전체의 총합을 의미하는 것으로, 주로 배양이 되지 않는 미생물을 분석하기 위해서 서열분석기를 사용하여 한꺼번에 많은 미생물을 동정하는 것을 설명하는 유전체의 개념으로 쓰인다. 특히, 메타게놈은 한 종의 게놈, 유전체를 말하는 것이 아니라, 한 환경단위의 모든 종의 유전체로서 일종의 혼합유전체를 말한다. 이는 오믹스적으로 생물학이 발전하는 과정에서 한 종을 정의할 때 기능적으로 기존의 한 종뿐만 아니라, 다양한 종이 서로 상호작용하여 완전한 종을 만든다는 관점에서 나온 용어이다. 기술적으로는 빠른 서열분석법을 이용해서, 종에 관계없이 모든 DNA, RNA를 분석하여, 한 환경 내에서의 모든 종을 동정하고, 상호작용, 대사작용을 규명하는 기법의 대상이다.
상기 소포는 코리네박테리움 속 세균을 포함하는 배양액을 원심분리, 초고속 원심분리, 압출, 초음파분해, 세포 용해, 균질화, 냉동-해동, 전기천공, 기계적 분해, 화학물질 처리, 필터에 의한 여과, 겔 여과 크로마토그래피, 프리-플로우 전기영동, 및 모세관 전기영동으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 방법을 사용하여 분리할 수 있다. 또한, 불순물의 제거를 위한 세척, 수득된 소포의 농축 등의 과정을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계에서의 샘플은 혈액, 소변, 대변, 타액 또는 비점막일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 상기 (b) 단계에서의 프라이머 쌍은 서열번호 1 및 서열번호 2로 표시되는 염기서열을 포함하는 프라이머 쌍일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 양태로서, 본 발명은 코리네박테리움 속 세균 유래 소포를 유효성분으로 포함하는, 염증질환의 예방, 개선 또는 치료용 조성물을 제공한다.
상기 조성물은 약학적 조성물, 식품 조성물, 화장료 조성물 및 흡입제 조성물을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태로서, 본 발명은 코리네박테리움 속 세균 유래 소포를 유효성분으로 포함하는 조성물을 개체에 투여하는 단계를 포함하는, 염증질환의 예방 또는 치료방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 양태로서, 본 발명은 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의, 염증질환의 예방 또는 치료 용도를 제공한다.
본 발명의 또 다른 양태로서, 본 발명은 코리네박테리움 속 세균 유래 소포를 유효성분으로 포함하는 조성물의, 염증질환 예방 또는 치료 용도를 제공한다.
본 발명의 또 다른 양태로서, 본 발명은 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의 염증질환에 이용되는 약제를 생산하기 위한 용도를 제공한다.
본 발명에서 사용되는 용어 "염증질환(Inflammatory disease)"이란, 염증을 유발하는 원인인자에 노출되어 피부 혹은 장 상피세포에 손상과 이의 결과로 염증이 발생하여 생기는 질환을 의미하고, 염증의 결과로 발생하는 대사질환, 심혈관질환, 신경-정신질환, 암을 포함하나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 상기 염증질환의 예로는 간경변, 뇌졸중, 당뇨병, 천식, 아토피피부염, 우울증, 유방암, 치매, 비용종 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 사용되는 용어 "예방"이란, 본 발명에 따른 조성물의 투여에 의해 염증질환을 억제시키거나 발병을 지연시키는 모든 행위를 의미한다.
본 발명에서 사용되는 용어 "치료"란, 본 발명에 따른 조성물의 투여에 의해 염증질환에 대한 증세가 호전되거나 이롭게 변경되는 모든 행위를 의미한다.
본 발명에서 사용되는 용어, "개선" 이란 치료되는 상태와 관련된 파라미터, 예를 들면 증상의 정도를 적어도 감소시키는 모든 행위를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에서는, 세균 및 세균 유래 소포를 마우스 경구로 투여하여 세균 및 소포의 체내 흡수, 분포, 및 배설 양상을 평가하여, 세균인 경우에는 장점막을 통해 흡수되지 않는데 비해 소포는 투여 5분 이내에 흡수되어 전신적으로 분포하고, 신장, 간 등을 통해 배설됨을 확인하였다(실시예 1 참조).
본 발명의 다른 실시예에서는, 세균과 세균 유래 소포를 장으로 직접 투여하여 장 점막의 방어막을 통과하는지를 평가하였는 바, 세균인 경우에는 장 점막의 방어막을 통과하지 못하였지만, 세균 유래 소포인 경우에는 점막의 방어막을 통과함을 확인하였다(실시예 2 참조).
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 간경변, 뇌졸중, 당뇨병, 천식, 아토피피부염, 우울증, 유방암, 치매, 및 비용종 환자와 정상 대조군의 임상 샘플에서 메타게놈 분석을 통해 코리네박테리움 속 세균의 분포를 비교하였는 바, 정상 대조군에 비하여 상기 질환자의 임상 샘플에 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의 분포가 유의하게 감소되어 있음을 확인하였다(실시예 3 내지 12 참조).
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 코리네박테리움 속 세균에 속하는 코리네박테리움 글루타미쿰 균주를 배양하여 이로부터 분비된 소포의 염증유발 효과를 평가하였다. 다양한 농도의 코리네박테리움 글루타미쿰 유래 소포를 대식세포에 처리한 후, 대표적 병원성 소포인 대장균 유래 소포를 처리하여 염증매개체 분비 정도를 비교한 결과, 대장균 유래 소포에 의한 IL-6 및 TNF-α 분비와 비교해서 코리네박테리움 글루타미쿰 유래 소포에 의한 분비능이 현저히 감소되어 있었다(실시예 14 참조).
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 코리네박테리움 글루타미쿰 균주 유래 소포의 항염증 효과를 평가하였다. 병원성 소포인 대장균 유래 소포를 처리하기 전에 다양한 농도의 코리네박테리움 글루타미쿰 유래 소포를 대식세포에 처리한 후, 염증매개체 분비를 평가한 결과, 염증유발 대장균 유래 소포에 의한 TNF-α 분비를 코리네박테리움 글루타미쿰 유래 소포가 효율적으로 억제함을 확인하였다(실시예 15 참조).
본 발명에 따른 약학적 조성물은 약학적으로 허용 가능한 담체를 포함할 수 있다. 상기 약학적으로 허용 가능한 담체는 제제 시에 통상적으로 이용되는 것으로서, 식염수, 멸균수, 링거액, 완충 식염수, 사이클로덱스트린, 덱스트로즈 용액, 말토덱스트린 용액, 글리세롤, 에탄올, 리포좀 등을 포함하지만 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 항산화제, 완충액 등 다른 통상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 또한, 희석제, 분산제, 계면활성제, 결합제, 윤활제 등을 부가적으로 첨가하여 수용액, 현탁액, 유탁액 등과 같은 주사용 제형, 환약, 캡슐, 과립, 또는 정제로 제제화할 수 있다. 적합한 약학적으로 허용되는 담체 및 제제화에 관해서는 레밍턴의 문헌에 개시되어 있는 방법을 이용하여 각 성분에 따라 바람직하게 제제화할 수 있다. 본 발명의 약학적 조성물은 제형에 특별한 제한은 없으나 주사제, 흡입제, 피부 외용제, 또는 경구 섭취제 등으로 제제화할 수 있다.
본 발명의 약학적 조성물은 목적하는 방법에 따라 경구 투여하거나 비경구투여(예를 들어, 정맥 내, 피하, 피부, 비강, 기도에 적용)할 수 있으며, 투여량은 환자의 상태 및 체중, 질병의 정도, 약물형태, 투여경로 및 시간에 따라 다르지만, 당업자에 의해 적절하게 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 약학적 조성물은 약학적으로 유효한 양으로 투여한다. 본 발명에 있어서, 약학적으로 유효한 양은 의학적 치료에 적용 가능한 합리적인 수혜/위험 비율로 질환을 치료하기에 충분한 양을 의미하며, 유효용량 수준은 환자의 질환의 종류, 중증도, 약물의 활성, 약물에 대한 민감도, 투여 시간, 투여 경로 및 배출 비율, 치료기간, 동시 사용되는 약물을 포함한 요소 및 기타 의학 분야에 잘 알려진 요소에 따라 결정될 수 있다. 본 발명에 따른 조성물은 개별 치료제로 투여하거나 다른 치료제와 병용하여 투여될 수 있고 종래의 치료제와는 순차적 또는 동시에 투여될 수 있으며, 단일 또는 다중 투여될 수 있다. 상기한 요소들을 모두 고려하여 부작용 없이 최소한의 양으로 최대 효과를 얻을 수 있는 양을 투여하는 것이 중요하며, 이는 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 약학적 조성물의 유효량은 환자의 나이, 성별, 체중에 따라 달라질 수 있으며, 투여 경로, 비만의 중증도, 성별, 체중, 연령 등에 따라서 증감될 수 있다.
본 발명의 흡입제 조성물에서 유효성분을 흡입제에 그대로 첨가하거나 다른 성분과 함께 사용될 수 있고, 통상적인 방법에 따라 적절하게 사용될 수 있다. 유효 성분의 혼합량은 그의 사용 목적(예방 또는 치료용)에 따라 적합하게 결정될 수 있다.
본 발명의 식품 조성물은 건강기능식품 조성물을 포함한다. 본 발명에 따른 식품 조성물은 유효성분을 식품에 그대로 첨가하거나 다른 식품 또는 식품 성분과 함께 사용될 수 있고, 통상적인 방법에 따라 적절하게 사용될 수 있다. 유효 성분의 혼합량은 그의 사용 목적(예방 또는 개선용)에 따라 적합하게 결정될 수 있다. 일반적으로, 식품 또는 음료의 제조 시에 본 발명의 조성물은 원료에 대하여 15 중량% 이하, 바람직하게는 10 중량% 이하의 양으로 첨가된다. 그러나 건강 및 위생을 목적으로 하거나 또는 건강 조절을 목적으로 하는 장기간의 섭취의 경우에는 상기 양은 상기 범위 이하일 수 있다.
본 발명의 식품 조성물은 지시된 비율로 필수 성분으로서 상기 유효성분을 함유하는 것 외에 다른 성분에는 특별한 제한이 없으며 통상의 음료와 같이 여러 가지 향미제 또는 천연 탄수화물 등을 추가 성분으로서 함유할 수 있다. 상술한 천연 탄수화물의 예는 모노사카라이드, 예를 들어, 포도당, 과당 등; 디사카라이드, 예를 들어 말토스, 슈크로스 등; 및 폴리사카라이드, 예를 들어 덱스트린, 시클로덱스트린 등과 같은 통상적인 당, 및 자일리톨, 소르비톨, 에리트리톨 등의 당알콜이다. 상술한 것 이외의 향미제로서 천연 향미제(타우마틴, 스테비아 추출물, 예를 들어 레바우디오시드 A, 글리시르히진 등) 및 합성 향미제(사카린, 아스파르탐 등)를 유리하게 사용할 수 있다. 상기 천연 탄수화물의 비율은 당업자의 선택에 의해 적절하게 결정될 수 있다.
상기 외에 본 발명의 식품 조성물은 여러 가지 영양제, 비타민, 광물(전해질), 합성 풍미제 및 천연 풍미제 등의 풍미제, 착색제 및 중진제(치즈, 초콜릿 등), 펙트산 및 그의 염, 알긴산 및 그의 염, 유기산, 보호성 콜로이드 증점제, pH 조절제, 안정화제, 방부제, 글리세린, 알코올, 탄산음료에 사용되는 탄산화제 등을 함유할 수 있다. 이러한 성분은 독립적으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 이러한 첨가제의 비율 또한 당업자에 의해 적절히 선택될 수 있다.
본 발명의 상기 화장료 조성물은 코리네박테리움 속 세균 유래 소포뿐만 아니라, 화장료 조성물에 통상적으로 이용되는 성분들을 포함할 수 있으며, 예컨대 항산화제, 안정화제, 용해화제, 비타민, 안료, 및 향료와 같은 통상적인 보조제, 그리고 담체를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 조성물은 코리네박테리움 속 세균 유래 소포 이외에, 코리네박테리움 속 세균 유래 소포와 반응하여 피부보호 효과를 손상시키지 않는 한도에서 종래부터 사용되어오던 유기 자외선 차단제를 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 유기 자외선 차단제로는 글리세릴파바, 드로메트리졸트리실록산, 드로메트리졸, 디갈로일트리올리에이트, 디소듐페닐디벤즈이미다졸테트라설포네이트, 디에틸헥실부타미도트리아존, 디에틸아미노하이드록시벤조일헥실벤조에이트, 디이에이-메톡시신나메이트, 로우손과 디하이드록시아세톤의 혼합물, 메틸렌비스-벤조트리아졸릴테트라메칠부틸페놀, 4-메틸벤질리덴캠퍼, 멘틸안트라닐레이트, 벤조페논-3(옥시벤존), 벤조페논-4, 벤조페논-8(디옥시페벤존), 부틸메톡시디벤조일메탄, 비스에틸헥실옥시페놀메톡시페닐트리아진, 시녹세이트, 에틸디하이드록시프로필파바, 옥토크릴렌, 에틸헥실디메틸파바, 에틸헥실메톡시신나메이트, 에틸헥실살리실레이트, 에틸헥실트리아존, 이소아밀-p-메톡시신나메이트, 폴리실리콘-15(디메치코디에틸벤잘말로네이트), 테레프탈릴리덴디캠퍼설포닉애씨드 및 그 염류, 티이에이-살리실레이트 및 아미노벤조산(파바)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 화장료 조성물을 첨가할 수 있는 제품으로는, 예를 들어, 수렴화장수, 유연화장수, 영양화장수, 각종 크림, 에센스, 팩, 파운데이션 등과 같은 화장품류와 클렌징, 세안제, 비누, 트리트먼트, 미용액 등이 있다. 본 발명의 화장료 조성물의 구체적인 제형으로서는 스킨로션, 스킨 소프너, 스킨토너, 아스트린젠트, 로션, 밀크로션, 모이스쳐 로션, 영양로션, 마사지크림, 영양크림, 모이스쳐 크림, 핸드크림, 에센스, 영양에센스, 팩, 비누, 샴푸, 클렌징폼, 클렌징로션, 클렌징크림, 바디로션, 바디클렌저, 유액, 립스틱, 메이크업 베이스, 파운데이션, 프레스파우더, 루스파우더, 아이섀도 등의 제형을 포함한다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1. 세균 및 세균 유래 소포의 체내 흡수, 분포, 및 배설 양상 분석
세균과 세균 유래 소포가 점막을 통해 전신적으로 흡수되는 지를 평가하기 위하여 다음과 같은 방법으로 실험을 수행하였다. 마우스의 위장에 형광으로 표지한 세균과 세균 유래 소포를 각각 50 μg의 용량으로 위장관으로 투여하고 각각 0분, 5분, 3시간, 6시간, 12시간 후에 형광을 측정하였다. 마우스 전체 이미지를 관찰한 결과, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 세균인 경우에는 전신적으로 흡수되지 않았지만, 세균 유래 소포인 경우에는, 투여 후 5분에 전신적으로 흡수되었고, 투여 3시간 후에는 방광에서 형광이 진하게 관찰되어, 소포가 비뇨기계로 배설됨을 알 수 있었으며 또한, 소포는 투여 12시간까지 체내에 존재함을 알 수 있었다(도 1a 참조).
세균과 세균 유래 소포가 전신적으로 흡수된 후, 여러 장기로 침윤된 양상을 평가하기 위하여, 형광으로 표지한 50 μg의 세균과 세균 유래 소포를 상기의 방법과 같이 투여한 후, 투여 12시간 후에 혈액, 심장, 폐, 간, 신장, 비장, 지방, 근육을 채취하였다. 채취한 조직에서 형광을 관찰한 결과, 도 1b에 나타낸 바와 같이, 세균 유래 소포가 혈액, 심장, 폐, 간, 신장, 비장, 지방, 근육에 분포하였으나, 세균은 흡수되지 않음을 알 수 있었다(도 1b 참조).
실시예 2. 세균 및 세균 유래 소포의 점막 방어막 침투 유무 평가
세균과 세균 유래 소포가 점막 방어막을 통과하여 상피조직으로 침윤되는지를 평가하기 위하여 세균과 세균 유래 소포를 장으로 직접 투여한 후, 면역조직화학(Immunohistochemistry) 방법으로 점막 방어막을 통과하여 상피조직으로의 침윤을 평가하였다. 점막조직에서 세균과 소포 존재를 평가하기 위하여 세균과 소포에 대한 항체를 제작하여 GFP(Green fluorescent protein)를 달아 사용하였고, DAPI(4, 6-diamidino 2-phenylindole) 염색을 한 후, 현미경으로 관찰하였다.
그 결과, 세균인 경우에는 점막 방어막을 통과하지 못한 반면, 세균 유래 소포는 점막으로 통과하여 상피조직으로 침윤됨을 확인하였다(도 2 참조).
실시예 3. 임상 샘플에 존재하는 세균 유래 소포 메타게놈 분석
혈액 또는 비점막 조직 등을 먼저 10 ml 튜브에 넣고 원심분리기(3,500 x g, 10 min, 4 ℃)로 부유물을 가라앉힌 후, 상등액만을 새로운 10 ml 튜브에 옮겼다. 0.22μm 필터를 사용하여 세균 및 이물질을 제거한 후, 센트리프랩튜브(centripreigugal filters 50 kD)에 옮겨서 1500 x g, 4 ℃에서 15분간 원심분리하여 50 kD 보다 작은 물질은 버리며 10 ml 까지 농축 시켰다. 다시 한 번 0.22 μm 필터(filter)를 사용하여 박테리아 및 이물질을 제거한 후, Type 90ti 로터로 150,000 x g, 4 ℃에서 3시간 동안 초고속원심분리를 수행하고, 상등액을 제거한 후 덩어리진 펠릿(pellet)을 생리식염수(Phosphate buffered saline, PBS)로 녹였다.
상기 방법으로 분리한 소포 100 μl를 100 ℃에서 끓여서 내부의 DNA를 지질 밖으로 나오게 하고 그 후 얼음에서 5분 동안 식혔다. 그리고 남은 부유물을 제거하기 위하여 10,000 x g, 4 ℃에서 30분간 원심분리하고, 상등액만을 모은 다음 나노드롭(Nanodrop)을 이용하여 DNA 양을 정량하였다. 이후, 상기 추출된 DNA에 세균 유래 DNA가 존재하는지 확인하기 위하여 하기 표 1에 나타낸 16s rDNA 프라이머(primer)로 PCR을 수행하여 상기 추출된 유전자에 세균 유래 유전자가 존재하는 것을 확인하였다.
프라이머 서열 서열번호
16S rDNA 16S_V3_F 5'-TCGTCGGCAGCGTCAGATGTGTATAAGAGACAGCCTACGGGNGGCWGCAG-3' 1
16S_V4_R 5'-GTCTCGTGGGCTCGGAGATGTGTATAAGAGACAGGACTACHVGGGTATCTAATCC-3 2
상기 방법으로 추출한 DNA를 상기의 16S rDNA 프라이머를 사용하여 증폭을 한 다음 시퀀싱을 수행하여(Illumina MiSeq sequencer), 결과를 SFF(Standard Flowgram Format) 파일로 출력하고, GS FLX 소프트웨어(v2.9)를 이용하여 SFF 파일을 sequence 파일(.fasta)과 nucleotide quality score파일로 변환한 다음 리드의 신용도 평가를 확인한 후, window (20 bps) 평균 base call accuracy가 99% 미만 (Phred score <20)인 부분을 제거하였다. OUT(Operational Taxonomy Unit) 분석을 위해서 UCLUST와 USEARCH를 이용하여 시퀀스 유사도에 따라 클러스터링을 수행하고, 속(genus)는 94%, 과(family)는 90%, 목(order)는 85%, 강(class)는 80%, 문(phylum)은 75% 시퀀스 유사도를 기준으로 클러스터링을 하고, 각 OTU의 문(phylum), 강(class), 목(order), 과(family), 속(genus) 레벨의 분류를 수행하고, BLASTN와 GreenGenes의 16S RNA 시퀀스 데이터베이스(108,453 시퀀스)를 이용하여 속 수준에서 97% 이상의 시퀀스 유사도 갖는 세균을 프로파일링 하였다(QIIME).
실시예 4. 간경변 환자의 혈액에서 세균 유래 소포 메타게놈 분석
상기 실시예 3의 방법으로 간경변 환자 97명과 나이와 성별을 매칭한 정상인 171명의 혈액을 대상으로, 혈액 내에 존재하는 소포에서 유전자를 추출하여 메타게놈 분석을 수행한 후, 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의 분포를 평가하였다. 그 결과, 정상인 혈액에 비하여 간경변 및 간암환자의 혈액에 코리네박테리움 속 세균 유래 소포가 유의하게 감소되어 있음을 확인하였다(도 3 참조).
실시예 5. 뇌졸중 환자의 혈액에서 세균 유래 소포 메타게놈 분석
상기 실시예 3의 방법으로 뇌졸중 환자 79명과 나이와 성별을 매칭한 정상인 158명의 혈액을 대상으로, 혈액 내에 존재하는 소포에서 유전자를 추출하여 메타게놈 분석을 수행한 후, 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의 분포를 평가하였다. 그 결과, 정상인 혈액에 비하여 뇌졸중 환자의 혈액에 코리네박테리움 속 세균 유래 소포가 유의하게 감소되어 있음을 확인하였다(도 4 참조).
실시예 6. 당뇨병 환자의 혈액에서 세균 유래 소포 메타게놈 분석
상기 실시예 3의 방법으로 당뇨병 환자 81명과 나이와 성별을 매칭한 정상인 126명의 혈액을 대상으로, 혈액 내에 존재하는 소포에서 유전자를 추출하여 메타게놈 분석을 수행한 후, 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의 분포를 평가하였다. 그 결과, 정상인 혈액에 비하여 당뇨병 환자의 혈액에 코리네박테리움 속 세균 유래 소포가 유의하게 감소되어 있음을 확인하였다(도 5 참조).
실시예 7. 천식 환자의 혈액에서 세균 유래 소포 메타게놈 분석
상기 실시예 3의 방법으로 천식 환자 182명과 나이와 성별을 매칭한 정상인 180명의 혈액을 대상으로, 혈액 내에 존재하는 소포에서 유전자를 추출하여 메타게놈 분석을 수행한 후, 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의 분포를 평가하였다. 그 결과, 정상인 혈액에 비하여 천식 환자의 혈액에 코리네박테리움 속 세균 유래 소포가 유의하게 감소되어 있음을 확인하였다(도 6 참조).
실시예 8. 아토피피부염 환자의 혈액에서 세균 유래 소포 메타게놈 분석
상기 실시예 3의 방법으로 아토피피부염 환자 42명과 나이와 성별을 매칭한 정상인 40명의 혈액을 대상으로, 혈액 내에 존재하는 소포에서 유전자를 추출하여 메타게놈 분석을 수행한 후, 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의 분포를 평가하였다. 그 결과, 정상인 혈액에 비하여 아토피피부염 환자의 혈액에 코리네박테리움 속 세균 유래 소포가 유의하게 감소되어 있음을 확인하였다(도 7 참조).
실시예 9. 우울증 환자의 혈액에서 세균 유래 소포 메타게놈 분석
상기 실시예 3의 방법으로 우울증 환자 72명과 나이와 성별을 매칭한 정상인 80명의 혈액을 대상으로, 혈액 내에 존재하는 소포에서 유전자를 추출하여 메타게놈 분석을 수행한 후, 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의 분포를 평가하였다. 그 결과, 정상인 혈액에 비하여 우울증 환자의 혈액에 코리네박테리움 속 세균 유래 소포가 유의하게 감소되어 있음을 확인하였다(도 8 참조).
실시예 10. 유방암 환자의 혈액에서 세균 유래 소포 메타게놈 분석
상기 실시예 3의 방법으로 유방암 환자 102명과 나이와 성별을 매칭한 정상인 100명의 혈액을 대상으로, 혈액 내에 존재하는 소포에서 유전자를 추출하여 메타게놈 분석을 수행한 후, 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의 분포를 평가하였다. 그 결과, 정상인 혈액에 비하여 유방암 환자의 혈액에 코리네박테리움 속 세균 유래 소포가 유의하게 감소되어 있음을 확인하였다(도 9 참조).
실시예 11. 치매 환자의 혈액에서 세균 유래 소포 메타게놈 분석
상기 실시예 3의 방법으로 치매 환자 73명과 나이와 성별을 매칭한 정상인 70명의 혈액을 대상으로, 혈액 내에 존재하는 소포에서 유전자를 추출하여 메타게놈 분석을 수행한 후, 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의 분포를 평가하였다. 그 결과, 정상인 혈액에 비하여 치매 환자의 혈액에 코리네박테리움 속 세균 유래 소포가 유의하게 감소되어 있음을 확인하였다(도 10 참조).
실시예 12. 비용종 환자 및 정상대조군 비점막 메타게놈 분석을 통한 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의 침윤양상
상기 실시예 3의 방법으로 비용종 환자(비알레르기성 환자 43명 및 알레르기성 환자 45명) 및 정상대조군 39명의 비점막에서 세균 유래 소포의 침윤양상을 평가하기 위하여 메타게놈 분석을 수행하였다. 그 결과, 알레르기성 비용종환자와 비알레르기성 비용종환자의 비강조직에는 정상대조군에 비하여 코리네박테리움 속 세균 유래 소포가 유의하게 감소되어 있었고, 비용종환자에서 알레르기성 유무와 코리네박테리움 속 세균 유래 소포의 침윤 정도에는 차이가 없었다(도 11 참조).
실시예 13. 코리네박테리움 글루타미쿰 배양액에서 소포 분리
코리네박테리움 글루타미쿰( Corynebacterium glutamicum) 균주를 배양한 후 이의 소포를 분리하여 특성을 분석하였다. 우선 코리네박테리움 글루타미쿰( Corynebacterium glutamicum) 균주를 37 ℃ 배양기에서 흡광도(OD 600)가 1.0~1.5가 될 때까지 MRS(de Man-Rogosa and Sharpe) 배지에서 배양한 후 LB(Luria-Bertani) 배지에 서브-컬쳐(sub-culture) 하였다. 이후 균주가 포함되어 있는 배양액을 회수하여 10,000 x g, 4 ℃에서 20분 동안 원심분리하여 균체를 제거하고, 0.22μm 필터에 여과하였다.
상기 여과한 상층액을 100 kDa Pellicon 2 Cassette 필터 멤브레인(Merck Millipore, US)으로 MasterFlex 펌프 시스템(Cole-Parmer, US)을 이용하여 미세여과(microfiltration)를 통해 50 ml 이하의 부피로 농축하였으며, 농축시킨 상층액을 다시 한 번 0.22 μm 필터로 여과하였다. 그 다음 BCA(Bicinchoninic acid) assay를 이용해 단백질을 정량하였고, 얻어진 소포에 대하여 하기 실험을 실시하였다.
실시예 14. 코리네박테리움 글루타미쿰 유래 소포의 염증유발 효과
염증세포에서 코리네박테리움 글루타미쿰 유래 소포( Corynebacterium glutamicum EV)의 염증매개체(IL-6, TNF-α) 분비에 대한 영향을 알아보기 위해, 마우스 대식세포주인 Raw 264.7 세포에 코리네박테리움 글루타미쿰 유래 소포를 다양한 농도(0.1, 1, 10 μg/ml)로 처리한 후, 세포사멸과 ELISA를 진행하였다.
보다 구체적으로, 48-well 세포 배양 플레이트 안에 5 x 10 4 개씩 분주한 Raw 264.7 세포에 DMEM(Dulbecco's Minimum Essential Medium) 무혈청 배지로 희석한 다양한 농도의 코리네박테리움 글루타미쿰 유래 소포를 처리하여 12시간동안 배양하였다. 이후 세포 배양액을 1.5 ml 튜브에 모아 3000 x g에서 5분간 원심분리하고 상층액을 모아 -80 ℃에 보관해두었다가 ELISA를 진행하였다.
ELISA를 수행하기 위해, 캡쳐(Capture) 항체를 PBS에 희석시켜 96 well 폴리스틸렌(polystyrene) 플레이트에 작용 농도에 맞게 50 μl씩 분주한 후 4 ℃에서 하룻밤 동안(overnight) 반응시켰으며, 이후 PBST(0.05 % tween-20이 들어있는 PBS) 용액 100 μl로 세 번씩 씻어준 후, RD(1 % BSA 가 들어있는 PBS) 용액 100 μl을 분주하여 상온에서 1시간 동안 블로킹(blocking) 하였다. 샘플 및 스탠다드(standard)를 농도에 맞게 50 μl씩 분주하고 상온에서 2시간 동안 반응시킨 다음, PBST 100 μl로 세 번 씻어준 후, 디텍션(detection) 항체를 RD에 희석시켜 작용 농도에 맞게 50 μl씩 분주하여 상온에서 2시간 동안 반응시켰다. PBST 100 μl로 세 번 씻어준 후, Streptavidin-HRP (R&D system, USA)를 RD에 1/40으로 희석시켜 50 μl씩 분주하여 상온에서 20분간 반응시켰으며, 마지막으로 PBST 100 μl로 세 번 씻어준 후, TMB(3,3',5,5'-Tetramethylbenzidine) 기질 (SurModics, USA) 50 μl를 분주하고 5분에서 20분 후 발색이 진행되었을 때, 1 M 황산용액을 50 μl씩 분주해 반응을 멈추고 SpectraMax M3 microplate reader (Molecular Devices, USA)를 이용해 450 nm에서 흡광도를 측정하였다.
그 결과, 도 12에 나타난 바와 같이 코리네박테리움 글루타미쿰 유래 소포(CGT101) 처리에 의한 세포사멸은 관찰되지 않았다(도 12 참조). 또한, 도 13a 및 13b에 나타난 바와 같이 염증세포에서의 염증매개체 분비 양상을 평가한 결과, 양성대조군인 대장균 유래 소포( E. coli EV 1 μg/ml) 처리 시에 비해 코리네박테리움 글루타미쿰 유래 소포(CGT101)의 처리 시 IL-6(도 13a) 및 TNF-α(도 13b)의 분비가 훨씬 감소되어 있음을 확인하였다.
실시예 15. 코리네박테리움 글루타미쿰 유래 소포의 항염증 효과
상기 실시예 14의 결과를 바탕으로, 코리네박테리움 글루타미쿰 유래 소포의 항염증 효과를 평가하기 위하여, 다양한 농도(0.1, 1, 10 μg/ml)의 코리네박테리움 글루타미쿰 유래 소포(CGT101)를 마우스 대식세포주에 12시간 전처리한 후, 병원성 원인인자인 대장균 유래 소포 1 μg/ml을 처리하고, 12시간 후에 염증성 사이토카인의 분비를 ELISA로 측정하였다.
그 결과, 코리네박테리움 글루타미쿰 유래 소포를 전처리 시, 대장균 유래 소포 자극에 의한 염증세포에 분비되는 TNF-α의 양이 현저히 억제됨을 확인하였다(도 14 참조). 이는 병원성 소포인 대장균 유래 소포와 같은 염증 유발인자에 의해 유도되는 염증반응을 코리네박테리움 글루타미쿰 유래 소포가 효율적으로 억제할 수 있음을 의미한다.
상기 진술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명에 따른 코리네박테리움 속 세균 유래 소포는 점막의 방어막을 통과하여 점막 상피세포에 흡수되어 전신적으로 분포하고, 신장, 간, 폐를 통해 체외로 배설됨이 확인되었으며, 간경변, 뇌졸중, 당뇨병, 천식, 아토피피부염, 우울증, 유방암, 치매, 및 비용종 환자의 혈액 또는 비점막에서 유의하게 감소되어 있음이 확인되었고, 병원성 소포에 의한 TNF-α 등의 염증매개체 분비를 유의하게 억제할 수 있는바, 염증성 질환의 예방 또는 치료용 조성물에 유용하게 이용될 수 있다는 점에서 산업적 이용 가치가 클 것으로 예상된다.

Claims (17)

  1. 하기의 단계를 포함하는, 간경변, 뇌졸중, 당뇨병, 천식, 아토피피부염, 우울증, 유방암, 치매, 및 비용종으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 질환의 진단을 위한 정보제공방법:
    (a) 정상인 및 피검자 샘플에서 분리한 소포로부터 DNA를 추출하는 단계;
    (b) 상기 추출한 DNA에 대하여 16S rDNA에 존재하는 유전자 서열에 기초하여 제작한 프라이머 쌍을 이용하여 PCR(Polymerase Chain Reaction)을 수행한 후, 각각의 PCR 산물을 수득하는 단계; 및
    (c) 상기 PCR 산물의 정량분석을 통하여 정상인에 비하여 코리네박테리움( Corynebacterium) 속 세균 유래 소포의 함량이 낮을 경우, 간경변, 뇌졸중, 당뇨병, 천식, 아토피피부염, 우울증, 유방암, 치매, 및 비용종으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 질환으로 판정하는 단계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서의 샘플은 혈액, 소변, 대변, 타액 또는 비점막인 것을 특징으로 하는, 정보제공방법.
  3. 코리네박테리움( Corynebacterium) 속 세균 유래 소포를 유효성분으로 포함하는, 염증질환 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 코리네박테리움 속 세균 유래 소포는 코리네박테리움 글루타미쿰( Corynebacterium glutamicum) 에서 분비되는 것을 특징으로 하는, 염증질환 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 소포는 평균 직경이 10 내지 200nm인 것을 특징으로 하는, 염증질환 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 소포는 코리네박테리움 속 세균에서 자연적 또는 인공적으로 분비되는 것을 특징으로 하는, 염증질환 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 염증질환은 간경변, 뇌졸중, 당뇨병, 천식, 아토피피부염, 우울증, 유방암, 치매, 및 비용종으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 질환인 것을 특징으로 하는, 염증질환 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
  8. 코리네박테리움( Corynebacterium) 속 세균 유래 소포를 유효성분으로 포함하는, 염증질환 예방 또는 개선용 식품 조성물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 코리네박테리움 속 세균 유래 소포는 코리네박테리움 글루타미쿰( Corynebacterium glutamicum)에서 분비되는 것을 특징으로 하는, 염증질환 예방 또는 개선용 식품 조성물.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 소포는 평균 직경이 10 내지 200nm인 것을 특징으로 하는, 염증질환 예방 또는 개선용 식품 조성물.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 소포는 코리네박테리움 속 세균에서 자연적 또는 인공적으로 분비되는 것을 특징으로 하는, 염증질환 예방 또는 개선용 식품 조성물.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 염증질환은 간경변, 뇌졸중, 당뇨병, 천식, 아토피피부염, 우울증, 유방암, 치매, 및 비용종으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 질환인 것을 특징으로 하는, 염증질환 예방 또는 개선용 식품 조성물.
  13. 코리네박테리움( Corynebacterium) 속 세균 유래 소포를 유효성분으로 포함하는, 염증질환 예방 또는 개선용 화장료 조성물.
  14. 코리네박테리움( Corynebacterium) 속 세균 유래 소포를 유효성분으로 포함하는, 염증질환 예방 또는 치료용 흡입제 조성물.
  15. 하기의 단계를 포함하는, 간경변, 뇌졸중, 당뇨병, 천식, 아토피피부염, 우울증, 유방암, 치매, 및 비용종으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 질환의 진단방법:
    (a) 정상인 및 피검자 샘플에서 분리한 소포로부터 DNA를 추출하는 단계;
    (b) 상기 추출한 DNA에 대하여 16S rDNA에 존재하는 유전자 서열에 기초하여 제작한 프라이머 쌍을 이용하여 PCR(Polymerase Chain Reaction)을 수행한 후, 각각의 PCR 산물을 수득하는 단계; 및
    (c) 상기 PCR 산물의 정량분석을 통하여 정상인에 비하여 코리네박테리움( Corynebacterium) 속 세균 유래 소포의 함량이 낮을 경우, 간경변, 뇌졸중, 당뇨병, 천식, 아토피피부염, 우울증, 유방암, 치매, 및 비용종으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 질환으로 판정하는 단계.
  16. 코리네박테리움( Corynebacterium) 속 세균 유래 소포를 유효성분으로 포함하는 조성물을 개체에 투여하는 단계를 포함하는, 염증질환의 예방 또는 치료방법.
  17. 코리네박테리움( Corynebacterium) 속 세균 유래 소포의 염증질환에 이용되는 약제를 생산하기 위한 용도.
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