WO2020197362A1 - 패칼리박테리움속 미생물 및 이를 포함하는 항암 조성물 - Google Patents

패칼리박테리움속 미생물 및 이를 포함하는 항암 조성물 Download PDF

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WO2020197362A1
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microorganism
faecalibacterium
tumor
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곽민정
김병용
조경희
최선빈
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    • C12R2001/01Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales

Definitions

  • the present invention relates to a microorganism of the genus Pacalibacterium having anticancer activity, and an anticancer composition comprising the microorganism, a pharmaceutical composition for preventing or treating cancer, or a food composition for preventing or improving cancer.
  • Microbiome refers to microorganisms existing in a specific environment and the entire genetic information. In addition to the human body, microbiome information is being used in various fields such as animals, agriculture, the ocean, and the environment. In particular, with the development of human microbiome research based on advances in genetic information analysis and data analysis technology, The diagnostic industry and healthcare industry are expected to grow.
  • Human intestinal microbes not only decompose various substances that human enzymes cannot decompose and convert them into nutrients that can be absorbed by human cells, as well as inhibit the growth of externally-derived harmful bacteria to prevent pathogen infection. These intestinal bacteria themselves or various metabolites secreted by the bacteria stimulate numerous immune cells present in the intestinal cells to activate or regulate the human immune response.
  • the human microbiome is regarded as the second genome of humans due to the number and diversity of symbiotic microbial genes that are more than 100 times that of humans, and its importance is recognized.
  • Chemotherapy drugs often cause two complications that require treatment with antibiotics, which can eventually lead to dysbiosis: mucositis (a wound at the weakened mucosal gate associated with bacterial translocation) and neutropenia. do.
  • mucositis a wound at the weakened mucosal gate associated with bacterial translocation
  • neutropenia neutropenia
  • An example of the present invention is to provide a microorganism of the genus Faecalibacterium having anticancer activity.
  • An example of the present invention is a microorganism of the genus Faecalibacterium having anticancer activity; A culture of the microorganism; Lysate of the microorganism; And one or more extracts selected from the group consisting of the microorganisms, cultures and lysates; to provide an anticancer composition comprising at least one selected from the group consisting of, for example, a pharmaceutical composition for preventing or treating cancer.
  • Another example of the present invention is the microbial cells of the genus Faecalibacterium having anticancer activity; A culture of the microorganism; Lysate of the microorganism; And one or more extracts selected from the group consisting of the microorganisms, cultures and lysates; to provide an anticancer food composition comprising at least one selected from the group consisting of, for example, a food composition for preventing or improving cancer.
  • the present inventors studied the genus Faecalibacterium , which is a genus constituting the major bacteria in the intestine, to isolate and identify new microorganisms, and the isolated microorganisms of the genus Paecalibacterium are cancerous tumors in a mouse model.
  • the present invention was completed by confirming that it has a production and proliferation inhibitory activity.
  • Faecalibacterium cancerinhibens is a microorganism of the genus Faecalibacterium having anticancer activity, specifically Faecalibacterium cancerinhibens , more specifically Faecalibacterium cancerinhibens ( Faecalibacterium cancerinhibens) CLCC1.
  • Faecalibacterium cancerinhibens according to the present invention is characterized by having anticancer activity, for example, anticancer activity against colon cancer and/or liver cancer.
  • the microorganisms of the genus Pacalibacterium of the present invention may be isolated from the intestinal flora.
  • the microorganism of the genus Faecalibacterium having anticancer activity according to the present invention more specifically the microorganism of Faecalibacterium cancerinhibens , has at least one or more of the following characteristics:
  • anti-cancer activity specifically preventing the occurrence of cancer, delaying or inhibiting the growth rate of a tumor, reducing the size or volume of a tumor, or inhibiting or delaying metastasis of cancer
  • Faecalibacterium cancerinhibens Is the activity of reducing the tumor volume to 10 to 90% when administered to a mouse subcutaneously implanted with a cancer cell line, compared to the control group to which the microorganism was not administered
  • the culture temperature of the microorganism is 20 to 40 °C, or that is cultured under anaerobic conditions
  • Lipid production pattern specifically 17:0 iso 3OH fatty acids are not included, and more specifically, 15:1 w8c fatty acids, 19:0 cyclo w10c/19w6 fatty acids, 20:1 w9c fatty acids, 14:0 3OH/ 16:1 iso I fatty acid, 15:0 3OH fatty acid, 16:0 iso fatty acid and 16:0 iso 3OH fatty acid comprising at least one fatty acid selected from the group consisting of fatty acids, including PL3, which is not particularly present in Faecalibacterium prausnitzii , and
  • Butyric acid production in detail, has a butyric acid content of 2 to 50 times higher than that of Faecalibacterium prausnitzii .
  • Faecalibacterium has anti-cancer activity of the genus Faecalibacterium , for example, Faecalibacterium cancerinhibens , for example, preventing the occurrence of cancer, delaying or inhibiting the growth rate of the tumor, reducing the size or volume of the tumor, or It may have an activity to inhibit or delay metastasis, but is not limited thereto.
  • specific anticancer activity may include an activity of inhibiting and/or delaying metastasis of cancer due to inhibition of tumor growth rate.
  • the tumor or cancer includes both gastrointestinal cancer and non-gastrointestinal cancer, and non-gastrointestinal cancer includes all other cancers except gastrointestinal cancer, and includes, for example, gastrointestinal cancer.
  • the colon cancer cell line-transplanted mouse administered with a Faecalibacterium cancer inhibis microorganism has a tumor volume of about 30 to 40% reduced compared to a mouse not administered with the microorganism. It was confirmed that the microbial effect of reducing the size of the tumor and inhibiting the growth rate of the tumor on colon cancer.
  • cancer refers to the physiological condition of an animal, typically characterized by abnormal or uncontrolled cell growth.
  • cancer and cancer pathologies include metastasis, interference with normally functioning surrounding cells, release of cytokines or other secreted products at abnormal levels, suppression or augmentation of inflammatory or immunological responses, neoplasia, precancer ( premalignancy, malignancy, surrounding or distant tissues or organs, such as lymph node invasion.
  • the cancer may be gastrointestinal cancer and non-gastrointestinal cancer, and non-gastrointestinal cancer is cancer excluding gastrointestinal cancer and includes gastrointestinal cancer.
  • the gastrointestinal cancer is a malignant tumor that occurs in the gastrointestinal tract or the gastrointestinal tract, such as the esophagus, stomach, small intestine, or large intestine, and is found to be advanced enough to make complete resection of the cancer impossible in many cases because most of it has no subjective symptoms. Belongs to poor cancer.
  • the gastrointestinal cancer or gastrointestinal cancer may be, for example, one or more cancers selected from the group consisting of esophageal cancer, gallbladder cancer, liver cancer, biliary tract cancer, pancreatic cancer, gastric cancer, small intestine cancer, colon cancer, colon cancer, anal cancer, and rectal cancer, but are limited thereto. Not, and in one example, it may be colon cancer and/or liver cancer.
  • the non-gastrointestinal cancer includes malignant tumors arising from tissues other than the gastrointestinal tract by excluding the gastrointestinal tract, for example, leukemia, prostate cancer, breast cancer, bladder cancer, kidney cancer, multiple myeloma, cervical cancer, thyroid cancer, ovarian cancer. , Urethral cancer, osteosarcoma, glioblastoma, brain tumor or lymphoma, but is not limited thereto.
  • the anticancer activity according to the present invention may be an anticancer activity against colon cancer and/or liver cancer, for example, may be an activity that inhibits the occurrence or progression of liver cancer and/or colon cancer. Specifically, it may be to delay the occurrence of the tumor or inhibit the growth rate of the tumor, and may further have an activity to prevent metastasis of cancer due to the inhibition of the growth rate of the tumor.
  • the liver cancer means all types of malignant tumors occurring in the liver, preferably hepatocellular carcinoma (HCC) or intrahepatic bile duct cancer (Cholangiocarcinoma, CC), and more preferably liver It may be one or more cancers selected from the group consisting of blastoma, cholangiocarcinoma, cholangiocystic adenocarcinoma, or liver cancer resulting from viral infection. Hepatocellular carcinoma is the most major histological subtype, accounting for 70-85% of primary liver cancer. In one embodiment of the present invention, the liver cancer may be liver cell carcinoma (hepatoma).
  • HCC hepatocellular carcinoma
  • CC intrahepatic bile duct cancer
  • Hepatocellular carcinoma is the most major histological subtype, accounting for 70-85% of primary liver cancer.
  • the liver cancer may be liver cell carcinoma (hepatoma).
  • the colon cancer includes malignant tumors occurring at one or more sites selected from the group consisting of ascending colon, transverse colon, descending colon, sigmoid colon and rectal mucosa, for example, colorectal cancer carcinoma).
  • the colon cancer may be one or more types selected from the group consisting of adenocarcinoma, lymphoma, malignant carcinoma, leiomyosarcoma, Kaposi's sarcoma, and squamous cell carcinoma, but is not limited thereto.
  • Faecalibacterium genus microorganism In a human cancer cell line, a mouse model in which a cancer cell line was subcutaneously transplanted, or a mouse model in which a cancer cell line was transplanted into the tissue, isolated from the feces of a healthy adult male, the effect of inhibiting cancer development and the growth of carcinoma was confirmed. In one embodiment of the present invention, the effect of inhibiting the growth of tumors in mice that induces colon cancer or liver cancer by isolating the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 microorganism from feces of a healthy adult male was confirmed.
  • Faecalibacterium genus microbes provided by the present invention, for example, Faecalibacterium cancerinhibens , have the activity of inhibiting tumor growth in a cancer cell line or a cancer cell line transplanted animal model, and the tumor growth inhibition delays or inhibits the growth rate of the tumor, or the size of the tumor Or you can reduce the volume.
  • the microorganism may have an activity of inhibiting the occurrence of tumors or inhibiting or delaying metastasis of cancer.
  • the tumor growth inhibitory activity can be measured, for example, using the volume/size of the tumor or the weight of the tumor.
  • the tumor growth inhibition rate according to the weight of the tumor is 5% or more, 10% or more, 15% or more, compared to the control group not administered with the microorganism, It may be 20% or more, 25% or more, or 30% or more, and the tumor growth inhibition rate according to the weight of the tumor can be calculated by Equation 1 below.
  • IR is the tumor growth inhibition rate (IR) according to the tumor weight
  • T1 is the average tumor weight in each experimental group
  • C1 is the average tumor weight in the negative control group.
  • the tumor growth inhibition rate according to Equation 1 is 5% or more, 10% or more, 15% or more, 20% or more, It may be 25% or more, or 30% or more, for example, 5 to 90%, 5 to 70%, 5 to 50%, 10 to 90%, 10 to 70%, 10 to 50%, 15 to 90%, 15 to 70%, 15 to 50%, 20 to 90%, 20 to 70%, 20 to 50%, 25 to 90%, 25 to 70%, 25 to 50%, 30 to 90%, 30 to 70%, Or 30 to 50%.
  • the tumor weight in three experimental groups of an animal model transplanted with a colon cancer cell line administered with a low, medium or high concentration of the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 microorganism and a negative control without administration of the microorganism Based on the measurement result, the tumor growth inhibition rate was measured using Equation 1 above.
  • the weight of tumors according to the administration of Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 in mice subcutaneously transplanted with a human colorectal cancer cell line it was significantly lower in all three experimental groups administered with the microorganism compared to the negative control group.
  • the tumor growth inhibition rate was 39.6%
  • the tumor growth inhibition rate was 32.4%
  • the tumor growth inhibition rate was 32.4%
  • the tumor growth inhibition rate was 32.4%
  • 8 cells/head showed a tumor growth inhibition rate of 39.3% in the experimental group, and it was confirmed that tumor growth of colon cancer was inhibited by more than 30% in all experimental groups.
  • the reduction rate of the relative tumor volume according to the tumor volume is 5% or more, 10% or more, 15% compared to the control group not administered with the microorganism. It may be more than, 20% or more, 25% or more, or 30% or more, and the tumor growth inhibition rate according to the tumor volume may be calculated by Equation 2 below.
  • T2 is the average tumor volume in each experimental group
  • C2 is the average tumor volume in the negative control group.
  • the tumor volume was 90% or less, 85% based on 100% of the tumor volume of the negative control group without administration of the microorganism. Or less, 80% or less, 77% or less, 70% or less, 67% or less, and the tumor volume is a value selected from the lower limit of 10% or more, 15% or more, 18% or more, and 20% or more, and the upper limit of 90% or less, It may have a numerical range combined with a numerical value selected from 85% or less, 80% or less, 77% or less, 70% or less, and 67% or less.
  • the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 microorganism has a tumor volume of 10 to 90%, 10 to 85%, based on 100% of the tumor volume of a negative control group without administration of the microorganism when the microorganism is administered, 10 to 80%, 10 to 77%, 10 to 70%, 10 to 67%, 20 to 90%, 20 to 80%, 20 to 70%, 20 to 67%, 30 to 90%, 30 to 80%, 30 to 70%, 30 to 67%, 40 to 90%, 40 to 80%, 40 to 70%, 40 to 67%, 50 to 90%, 50 to 80%, 50 to 70%, 50 to 67% or It may have an activity that decreases to a level of 60 to 67%.
  • a mouse subcutaneous tumor model using a human colon cancer cell line The average tumor size of starting the microorganism administered the same day (one day) is, but like in 105mm 3 all four groups, after 36 days is in the average tumor volume in the negative control group, while shown to 4330mm 3, CLCC1 microorganism is administered group All showed a volume of 3000 mm 3 or less, and it was confirmed that they had a tumor volume of about 60 to 67% compared to the control group, and the effect of Pacalybacterium cancer inhibis on inhibiting the growth of colon cancer was confirmed.
  • the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 microorganism provided by the present invention has a tumor volume of 90% or less, 85% based on 100% of the liver cancer tumor volume of the control group without administration of the microorganism when the microorganism is administered. Or less, 80% or less, 77% or less, 10 to 90%, 10 to 85%, 10 to 80%. Activity that decreases to a level of 10 to 77%, 15 to 90%, 15 to 85%, 15 to 80%, 15 to 77%, 18 to 90%, 18 to 85%, 18 to 80%, or 18 to 77% It may be to have.
  • the reduction in the tumor volume of liver cancer according to the present invention showed that the volume of liver cancer tumors was 19.5% to 75.3%, and an average of 32.9% was lower in the experimental group to which CLCC1 was administered orally compared to the control group. Therefore, it can be seen that the orally administered CLCC1 microorganism has the activity of inhibiting the development and progression of tumors in liver cancer.
  • subcutaneous tumor cells were transplanted into mice administered with the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain and a control mouse not administered the strain, and the incidence and growth rate of liver cancer was confirmed using MR photographs.
  • Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain In the case of administration, the volume of the liver cancer tumor was 32.9% lower than that of the control group, indicating a delay in the occurrence of cancer and a delay in the growth rate of the tumor.
  • the present invention after transplanting the liver cancer cell line Hep55.1c to the left lobe of the liver of an 8-week-old mouse to induce liver cancer, comparing the tumor volume of the experimental group administered with the Faecalibacterium cancerinhibens microorganism and the control group without administration.
  • the tumor size on the day of transplantation was set to 1
  • tumor growth in the experimental group administered with the Faecalibacterium cancerinhibens microorganism was significantly suppressed compared to the control group.
  • liver cancer when liver cancer is caused through a subcutaneous tumor transplantation experiment of a liver cancer cell line, and the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain is orally administered in the course of liver cancer for 55 days, in the experimental group to which the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain is orally administered.
  • the experimental group Compared to the control group, it was confirmed that tumor occurrence and progression were statistically significantly inhibited (FIGS. 4A to 4C ).
  • the tumor volume was 19.5% to 75.3%, and the average value was 32.9% lower. Therefore, it can be seen that the orally administered CLCC1 strain has an activity of inhibiting tumor development and progression.
  • the microorganism of the genus Faecalibacterium according to the present invention for example, Faecalibacterium cancerinhibens, has a 16S rRNA having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or a nucleotide sequence identity thereof of 97% or more, 98% or more, 99% or more, 99.5% or more, 99.8% or more, or It may be a microorganism having a 16S rRNA comprising a nucleotide sequence of 99.9% or more.
  • the Faecalibacterium cancerinhibens microorganism according to the present invention may be cultured at a temperature of 20 to 40°C, 25 to 40°C, 30 to 40°C, 35 to 40°C or 37°C, and may be characterized in that it is cultured under anaerobic conditions. have.
  • Faecalibacterium cancerinhibens according to the present invention has a characteristic that exhibits a different lipid production pattern from Faecalibacterium prausnitzii, which is a microorganism of the genus Faecalibacterium .
  • Faecalibacterium cancerinhibens does not contain 17:0 iso 3OH fatty acids.
  • CLCC1 microorganism and Faecalibacterium prausnitzii species it was confirmed that CLCC1 additionally had PL3, which is not present in Faecalibacterium prausnitzii (FIG. 3B ).
  • Faecalibacterium cancerinhibens according to the present invention is 15:1 w8c fatty acid, 19:0 cyclo w10c/19w6 fatty acid, 20:1 w9c fatty acid, 14:0 3OH/16:1 iso I fatty acid, 15:0 3OH fatty acid, 16:0 iso It may contain one or more fatty acids selected from the group consisting of fatty acids and 16:0 iso 3OH fatty acids.
  • Faecalibacterium cancerinhibens provided by the present invention has a high production amount of butyric acid among short chain fatty acids (SCFA).
  • SCFA short chain fatty acids
  • the production of butyric acid of the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain of the present invention is 2 to 50 times, 2 to 40 times, 2 to 30 times, 2 to 20 times, 2 to 15 times, 2 to 10 times, 5 compared to Faecalibacterium prausnitzii species.
  • Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain showed 7.8 times higher butyric acid content than Faecalibacterium prausnitzii species (FIGS. 3C to 3D ).
  • Preferred microorganisms in the genus Paecalibacterium according to the present invention were deposited with the Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology Biological Resource Center on January 3, 2019, and received accession number KCTC 13783BP, and the scientific name is Faecalibacterium cancerinhibens . to be.
  • Faecalibacterium cancerinhibens strain according to the present invention When the Faecalibacterium cancerinhibens strain according to the present invention is plated on agar medium and cultured, colonies within 3 mm or 2 mm or less are formed, and have a long rod-shaped cell shape when observed with an optical microscope.
  • Faecalibacterium cancerinhibens has a genome size of 2.9Mbp, the number of protein coding regions (CDS) is 2695, the GC ratio is 56.1%, the number of rRNA genes is 21, the total number of tRNA genes.
  • Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 according to the present invention was 7.8 times higher than that of Faecalibacterium prausnitzii , butyric acid (butanoic acid) was detected (Fig. 3c to 3d).
  • An example of the present invention is an example of the present invention is a microorganism of the genus Faecalibacterium having anticancer activity; A culture of the microorganism; Lysate of the microorganism; And one or more extracts selected from the group consisting of the microorganisms, cultures and lysates; to provide an anticancer composition comprising at least one selected from the group consisting of, for example, a pharmaceutical composition for preventing or treating cancer.
  • the cancer includes gastrointestinal cancer and non-gastrointestinal cancer, and may be, for example, colon cancer and/or liver cancer.
  • the composition of the present invention is for use in the prevention, treatment or amelioration of cancer.
  • the composition of the present invention can be administered to a patient diagnosed with cancer or confirmed to be at risk of developing cancer.
  • the examples demonstrate that administration of the compositions of the present invention can reduce tumor growth in a number of tumor models.
  • the treatment of cancer using the composition of the present invention may further have an activity of reducing or reducing metastasis of cancer cells in addition to the tumor formation and/or tumor growth delaying activity of cancer cells.
  • microorganisms of the genus Faecalibacterium according to the present invention used in the anticancer composition for example, Faecalibacterium cancerinhibens , are as described above.
  • the anticancer agent according to the present invention alone or in other therapies such as surgery, radiation therapy, gene therapy, immunotherapy (eg, targeted antibody immunotherapy, CAR-T cell therapy), oncolytic virus, bone marrow transplantation, stem cell transplantation, Hormone therapy, targeted therapy, cryotherapy, ultrasound therapy, photodynamic therapy, chemotherapy, and the like. Additionally, persons at high risk of developing a proliferative disease may receive treatment to inhibit and/or delay the onset of the disease.
  • the anticancer activity of the composition according to the present invention may be effective when combined with a more direct anticancer agent.
  • the present invention provides a composition comprising Faecalibacterium cancerinhibens and an anticancer agent.
  • Microbial cells of the genus Faecalibacterium which are active ingredients of the anticancer composition according to the present invention
  • a culture of the microorganism Lysate of the microorganism
  • one or more extracts selected from the group consisting of the microorganisms, cultures and lysates at least one selected from the group consisting of, 0.00001% to 100% by weight, 0.001% to 99.9% by weight, 0.1% by weight of the total anticancer agent composition % To 99% by weight, more preferably 1% to 50% by weight.
  • the microorganisms of the genus Pacalibacterium may be in a cell-free form that includes the cells themselves, or does not contain cells.
  • the lysate refers to a lysate obtained by crushing the microbial cells of the Pacalibacterium or a supernatant obtained by centrifuging the lysate.
  • the microorganisms of the genus Pacalibacterium having anticancer activity include the microorganisms; A culture of the microorganism; Lysate of the microorganism; And one or more extracts selected from the group consisting of the microorganisms, cultures, and lysates; is used to mean at least one selected from the group consisting of.
  • the anticancer composition according to the present invention may include freeze-dried cells. Freeze-drying of microbial cells can be performed by a person skilled in the art by a method known in the art.
  • the composition of the present invention may comprise a culture of living living microorganisms.
  • the microorganism contained in the anticancer composition according to the present invention is not inactivated, for example, heat-inactivated.
  • the microorganisms included in the anti-cancer composition according to the present invention are not killed, eg, heat-killed.
  • the microorganisms included in the anticancer composition according to the present invention are not weakened, eg, heat-damped.
  • the microorganisms included in the anticancer composition according to the present invention may partially or wholly colonize the intestine.
  • the anticancer composition according to the present invention contains a therapeutically effective amount of the microorganism of the present invention.
  • a therapeutically effective amount of the microorganism is sufficient to exert a beneficial effect on the patient.
  • a therapeutically effective amount of the bacterial strain may be sufficient to cause intestinal transport and/or partial or full colonization of the patient.
  • a suitable daily dose of bacteria for adult humans may be from about 1 x 10 3 to about 1 x 10 11 colony forming units (CFU); For example, from about 1 x 10 7 to about 1 x 10 10 CFU; In another example, it is about 1 x 10 6 to about 1 x 10 10 CFU.
  • the pharmaceutical composition according to the present invention can be administered to mammals including humans by various routes.
  • the mode of administration may be any method commonly used, for example, may be administered by oral, dermal, intravenous, intramuscular or subcutaneous routes, and preferably orally.
  • the composition of the present invention may contain a pharmaceutically acceptable excipient or carrier.
  • Acceptable carriers or diluents for therapeutic use are well known in the pharmaceutical field. Examples of suitable carriers include lactose, starch, glucose, methyl cellulose, magnesium stearate, mannitol, sorbitol and the like. Examples of suitable diluents include ethanol, glycerol and water. The choice of pharmaceutical carrier, excipient or diluent may be chosen with respect to the intended route of administration and standard pharmaceutical practice.
  • the pharmaceutical composition may contain any suitable binders, lubricants, suspending agents, coatings, solubilizing agents as or in addition to carriers, excipients or diluents.
  • the dosage of the pharmaceutical composition of the present invention may vary depending on the patient's age, weight, sex, dosage form, health condition, and degree of disease, and may be divided into several times a day at regular intervals according to the judgment of the doctor or pharmacist. It can also be administered.
  • the daily dosage may be 0.1 to 500 mg/kg, preferably 0.5 to 300 mg/kg, based on the content of the active ingredient.
  • the above dosage is an example of an average case, and the dosage may be high or low depending on individual differences.
  • compositions of the present invention may be probiotics, and probiotics may be combined with at least one suitable prebiotic compound.
  • the prebiotic compounds are generally oligo- or polysaccharides or non-digestible carbohydrates such as sugar alcohols, which are not degraded or absorbed in the upper digestive tract.
  • Known prebiotics include commercially available products such as inulin and transgalacto-oligosaccharides.
  • the composition of the present invention may be encapsulated so as to transport microorganisms of the genus Pacalibacterium into the intestine. Encapsulation protects the composition from degradation until transported to the target site through rupture by chemical or physical stimuli, such as physical disruption that can be caused by, for example, changes in pressure, enzyme activity or pH. Any suitable encapsulation method can be used. Exemplary encapsulation techniques include entrapment in a porous matrix, adhesion or adsorption on the surface of a solid carrier, self-aggregation by agglomeration or crosslinking agents, and mechanical containment after a microporous membrane or microcapsule.
  • An example of the present invention is an example of the present invention is a microorganism of the genus Faecalibacterium having anticancer activity; A culture of the microorganism; Lysate of the microorganism; And at least one extract selected from the group consisting of the microorganisms, cultures and lysate; anticancer composition comprising at least one selected from the group consisting of, for example, a food composition for preventing or improving cancer or an anticancer functional food composition will be.
  • microorganisms of the genus Faecalibacterium according to the present invention used in the anticancer composition for example, Faecalibacterium cancerinhibens , are as described above.
  • food refers to a natural product or processed product containing one or more nutrients, and preferably refers to a state that can be eaten directly through a certain amount of processing process, and food, food in the usual sense It is intended to include all additives, health functional foods, beverages and beverage additives.
  • a beverage refers to a generic term for drinking to quench thirst or to enjoy taste, and is intended to include a functional beverage.
  • the beverage may be in liquid, syrup and/or gel form.
  • the content of microorganisms in Pacalibacterium as an active ingredient contained in the food composition is not particularly limited appropriately depending on the type of food and desired use, for example, of microorganisms in Pacalibacterium, which is an active ingredient of the total food weight.
  • At least one selected from the group consisting of cells, the microorganism culture, the lysate of the microorganism, and the extract of the microorganism is 0.00001% to 100% by weight, 0.001% to 99.9% by weight, 0.1% to 99% by weight, further Preferably, it may be added in an amount of 1% to 50% by weight and 0.01 to 15% by weight.
  • the food composition may be added in an amount of 0.02 to 10 g, preferably 0.3 to 1 g, based on 100 ml.
  • the composition of the present invention can be formulated as a food product.
  • food can provide nutritional benefits in addition to the therapeutic benefits of the present invention, such as nutritional supplements.
  • a food composition can be formulated to be more attractive to consume the composition by enhancing the taste of the composition of the present invention or by more similar to a general food item than a pharmaceutical composition.
  • microorganisms of the genus Pacalibacterium according to the present invention and a composition for preventing or treating cancer containing the same have an activity of inhibiting the occurrence and growth of cancer, and are especially ingested by humans in the form of a pharmaceutical composition or health functional food. It can be used for the prevention, treatment and/or improvement of cancer.
  • 1A is a photograph showing the colony morphology formed after culturing Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 in Reinforced clostridial media (RCM) medium for 3 days.
  • RCM Reinforced clostridial media
  • 1B is a photograph of the appearance of cells observed with an optical microscope in an exponenetial growth phase during liquid culture of Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1.
  • 1C is a photograph of cells taken with a scanning electron microscope in the exponenetial growth phase during liquid culture of Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1.
  • Figure 2a is a diagram showing the phylogenetic position obtained through 16S rRNA analysis of Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1.
  • Figure 2b is a picture showing the phylogenetic position using 92 core genes present in the genome of Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1.
  • 2C is a diagram showing the relationship between the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain and related species based on the mean nucleotide identity (ANI) value.
  • ANI mean nucleotide identity
  • Figure 2d is a table comparing ANI values of Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 and related species.
  • 3A is a graph showing the results of gas chromatography analysis comparing the fatty acid composition of Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 and Faecalibacterium prausnitzii strains.
  • 3B is a photograph showing the results of a two-dimensional chromatography analysis performed for comparison of polar lipids of Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 and Faecalibacterium prausnitzii strains.
  • Figure 3c is a GC-MS analysis graph of the short-chain fatty acid analysis of Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1.
  • Figure 3d is This is a GC-MS analysis graph of short-chain fatty acid analysis of Faecalibacterium prausnitzii .
  • 4A to 4C are graphs showing changes in tumor volume over time after induction of liver cancer in order to measure the effect of Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 on inhibiting cancer incidence in mice induced liver cancer by the method of Example 4.
  • 4A is a dot graph showing each individual with a sword
  • FIG. 4B is a graph comparing the average values of the experimental group and the control group
  • FIG. 4C is a line graph showing the change in the volume of tumors for each individual.
  • FIG. 5A to 5C are the results of a cancer incidence inhibitory effect test result of Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain in a liver transplantation model, and a dot graph and a line graph of each result.
  • FIG. 5A is a result of directly comparing the size of a tumor
  • FIG. 5B is a result of expressing the change in tumor size in fold
  • FIG. 5C indicates a delta value.
  • 6A is a graph showing changes in tumor volume according to the dose of Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain in mice subcutaneously transplanted with human colorectal cancer cell lines.
  • 6B is a graph showing the results of measuring tumor weight according to the dose of Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain in mice subcutaneously transplanted with human colorectal cancer cell lines.
  • 6C is a result of visual observation of a change in tumor size according to the dose of Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain in a mouse subcutaneously transplanted with a human colorectal cancer cell line.
  • 6D is a result of visual observation by separating tumor tissues from the negative control group (G1) and each experimental group (G2 to G4) after the administration period of the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain in mice subcutaneously transplanted with a human colon cancer cell line.
  • 6E is a result of performing H&E staining in order to confirm cell necrosis according to administration of the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain in the tumor tissue of a mouse subcutaneously transplanted with a human colon cancer cell line.
  • 6F is a result of performing TUNEL staining in order to confirm apoptosis according to administration of Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain in tumor tissue of a mouse subcutaneously transplanted with a human colorectal cancer cell line.
  • FIG 8 shows an experimental design for administering various test agents in an animal model having cancer in order to test anticancer efficacy according to an example of the present invention.
  • the bacteria of the genus Faecalibacterium are dominant bacteria in the intestines of healthy adults, accounting for about 10% of all intestinal bacteria, and are known to have direct or indirect effects on health.
  • Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain was isolated by diluting the feces of a healthy 20s adult male in Reinforced clostridial media (RCM) medium and then culturing it in an anaerobic culture condition at room temperature at 37°C.
  • RCM Reinforced clostridial media
  • Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 forms colonies of up to 2 to 3 mm when cultured on RCM agar medium for 3 days, and exhibits a long rod-shaped cell shape when observed with an optical microscope.
  • 1A and 1B show the result of observation of the colony morphology and the morphology of cells using an optical microscope.
  • Figure 1c shows a photograph of the shape of the cell using a scanning electron microscope.
  • the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain isolated by the method of Example 1 was cultured in RCM liquid medium at room temperature anaerobic culture conditions at 37° C. for 1 day, and then centrifuged to obtain microorganisms. The entire genome was isolated from the obtained microorganisms using FastDNA SPIN Kit for Soil (MP Biomedicals).
  • Table 1 below shows the genomic characteristics of the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain.
  • the total genome size of the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain was about 2.9Mbp, the number of protein coding regions (CDS) was 2695, and the GC ratio (GC ratio, %) was 56.1%.
  • CDS protein coding regions
  • GC ratio GC ratio, % was 56.1%.
  • Phylogenetic taxonomic analysis was performed by analyzing the rRNA of the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain sequence analyzed by the method of Example 2-1.
  • the 16S rRNA sequence of the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain is shown in SEQ ID NO: 1.
  • Fig. 2a shows the phylogenetic position of the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain identified by analyzing the 16S rRNA gene nucleotide sequence.
  • Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain showed 98% 16S rRNA similarity to Faecalibacterium prausnitzii ATCC 27768(T).
  • the phylogenetic position of CLCC1 is "Firmicutes phylum, Clostridia river, Clostridiales order, Ruminococcaceae family.
  • Example 2-1 Using the genome sequence data obtained by the method of Example 2-1, a phylogenetic taxonomic analysis was performed through gene sequence analysis.
  • phylogenetic analysis was performed using the similarity of 92 genes (up-to-date bacterial core gene (UBCG)) that can be used as taxonomic markers of bacteria.
  • the 92 genes refer to genes provided by the UBCG (up-to-date bacterial core gene) pipeline (Na, SI, Kim, YO, Yoon, SH, Ha, SM, Baek, I. & Chun, J. (2016)).
  • Fig. 2b shows a picture showing the phylogenetic position of the related species obtained by analyzing 92 key genes.
  • Example 2-1 Using the genome analysis data obtained by the method of Example 2-1, the relationship was analyzed by comparing ANI values between the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain and the related species.
  • the genome similarity value was analyzed by comparing the entire genome sequence between the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain and other related species using the Genome-based identification for prokaryote (TrueBAC ID) pipeline, an analysis platform provided by ChunLab.
  • Figure 2c shows the relationship between the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain and related species based on the ANI value.
  • Figure 2d shows a comparison table of the ANI values of the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain and related species.
  • Each row and column is 1 for Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1, 2 for Faecalibacterium prausnitzii ATCC 27768(T), 3 for Fournierella massiliensis AT2(T), 4 for Intestinimonas butyriciproducens DSM 26588(T), 5 for Intestinimonas massiliensis GD2(T), 6 Pseudoflavonifractor capillosus ATCC 29799 (T), 7 is Ruthenibacterium lactatiformans 585-1 (T), 8 is Subdoligranul um variabile DSM 15176 (T), 9 is Gemmiger formicilis ATCC 27749 (T). (T) after each species name means type strain.
  • CLCC1 strain showed an average nucleotide identity (ANI) value of 85.99% at the genome level with Faecalibacterium prausnitzil , the closest relative at the whole genome level. It can be seen that this is a novel species that has not been isolated and reported in.
  • the strain of the genus Faecalibacterium identified by the above method was named Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1.
  • Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain In order to analyze the molecular biological properties of the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain, the fatty acid composition of Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain and Faecalibacterium prausnitzii were compared.
  • 3A shows a graph of the results of gas chromatography analysis comparing the fatty acid composition of the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain and the Faecalibacterium prausnitzii strain (ATCC 27768).
  • the names of fatty acids and their values (%, w/v) that each peak means It is shown in Table 2 below.
  • Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain was able to confirm that different species than Faecalibacterium prausnitzii species known to be included in Faecalibacterium cancerinhibens.
  • TLC Thin layer chromatography
  • Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 and Faecalibacterium prausnitzii were found to be 1 phosphatidylglycerol (PG), 2 unidentified phospholipids (PL1, PL2), and a number of unknown lipids. (unidentified lipid, L) was confirmed.
  • CLCC1 additionally has unidentified phospholipids (PL3), which are not found in Faecalibacterium prausnitzii , and the results are shown in FIG. 3B.
  • the polar lipid production patterns of Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 and Faecalibacterium prausnitzii according to the present invention are different.
  • Faecalibacterium prausnitzii and Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain of the present invention were cultured in RCM medium for 16 hours, and then the cells were precipitated through centrifugation (4° C., 4,000 rpm, 10 min) to collect the supernatant. The collected supernatant was filtered using a 0.22um filter and then stored refrigerated. Samples for GC-MS for SCFA analysis from the supernatant were prepared using Takeshi Furuhashi's method (Takeshi Furuhashi, et al., Analytical Biochemistry, Volume 543, 2018, Pages 51-54). Agilent's 6890 series equipment was used for chain fatty acid analysis.
  • SCFA Short chain fatty acid
  • butyric acid butanoic acid
  • butanoic acid butanoic acid
  • Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 culture supernatant in 91.64 percent showed the acid, in the culture supernatant of the acid Faecalibacterium prausnitzii was 76.40%.
  • Table 3 shows the short-chain fatty acid analysis results of the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain
  • Table 4 shows the short-chain fatty acid analysis results of Faecalibacterium prausnitzii .
  • Other substances indicated in Tables 3 to 4 below were classified as noise signals that could not accurately identify substances because they were detected in the substance library database, but their matching rate was very low.
  • RT means retention time.
  • Butyric acid is known to have anticancer activity, and the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain of the present invention has a higher production of butyric acid among short-chain fatty acids compared to Faecalibacterium prausnitzii , and it can be predicted to exhibit excellent anticancer activity.
  • liver cancer cell line Hep55.1c is a mouse-derived hepatoma.
  • Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 was orally administered from 4 days before transplanting the mouse liver cancer cell line into the subcutaneous tissue of the mouse.
  • a mouse liver cancer cell line (Hep55.1c) was made to be 2.0 x 10 6 cells and transplanted into the subcutaneous tissue of the right flank.
  • Faecalibacte rium cancerinhibens CLCC1 strain was orally administered once a day for 55 days and 5 times a week. Thereafter, the size (tumor volume) of the liver cancer tumor was measured using Magnetic Resonance (MR) imaging every 7 days from the day of transplantation (day 0) to the day 55.
  • MR Magnetic Resonance
  • Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain was cultured in RCM medium, concentrated, and stored frozen to a final glycerol concentration of 15% (v/v) using PBS buffer and glycerol. And it was orally administered to mice at 200 ul (2x10 8 cells) after thawing immediately before administration. As a control, 10 mice to which the CLCC1 strain was not administered were used. The control group was orally administered 200ul of PBS and glycerol (15%, v/v) solution containing no strain.
  • Tables 5 and 6 show the tumor size results of the control and test bacteria in the liver cancer inhibition efficacy test of the isolated strain in the subcutaneous tumor model.
  • Table 5 shows the results of changes in the volume of the tumor relative to the control group
  • Table 6 shows the results of changes in the size of the tumors in the experimental group to which the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain was administered.
  • SD means standard deviation.
  • the tumor volume according to the change of time after inducing cancer in the mouse is shown as a graph, and the changes in the size of the tumor are shown in numerical values in Tables 5 to 6 above.
  • the incidence and progression of liver cancer were significantly inhibited in the experimental group to which CLCC1 was administered orally compared to the control group.
  • the tumor volume in the experimental group administered orally with CLCC1 was 19.5% to 75.3%, and an average of 32.9% lower, resulting in delayed liver cancer incidence and tumor growth in the experimental group administered with Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain. It was confirmed that the speed of progress was inhibited.
  • the size of the tumor in the experimental group administered with the Faecalibacterium canceerinhibens CLCC1 strain was significantly smaller than that of the control group, indicating that it had a cancer-inducing effect.
  • the orally administered CLCC1 strain has an activity to inhibit the occurrence and progression of liver cancer.
  • Example 7 Inhibitory efficacy test in liver transplantation model using mouse liver cancer cell line
  • the liver cancer cell line Hep55.1c was used, and the epigastric part of the 8-week-old male C57BL/6 mouse was opened and transplanted to the left lobe of the liver to become 5.0 x 10 5 cells.
  • the size of the tumor was confirmed through MRI, and 4 well-formed tumors were selected and used in subsequent experiments.
  • the CLCC1 strain was prepared in the same manner as in Example 4 and orally administered to 4 mice that completed the transplant operation, and the CLCC1 strain was not administered to the 4 control mice.
  • the control group was orally administered 200ul of PBS and glycerol (15%, v/v) solution containing no strain. Thereafter, the size and relative size of the tumor and the relative value of growth were measured periodically.
  • the size of the tumor was measured through magnetic resonance (MR) imaging every 7 days, and the relative value of the tumor size was derived by calculating the relative size to the tumor size on the day of transplantation.
  • 5A to 5C show the results and graphs of the cancer-inducing inhibitory effect test results of the CLCC1 strain in the liver transplantation model.
  • Figure 5a is a point graph and a line graph directly comparing the size of the tumor
  • Figure 5b is a point and line graph expressing the size change of the tumor in fold
  • Figure 5c is the amount of change in the size of the tumor (tumor size and It is a point and line graph showing the difference in tumor size on the previous measurement day).
  • Table 7 shows the relative growth (Fold) of tumor size, and Table 7 shows the relative growth (Delative) of tumor growth.
  • HCT-116 cells were used as the colorectal cancer cell line, and nude mice (CAnN.Cg-Foxn1nu/Crl0ri, SPF) were used as mice.
  • the HCT-116 is a cancer cell line corresponding to human-derived colorectal carcinoma.
  • the colon cancer cell line HCT-116 (2.5X10 7 cells/mL) was administered to mice that had undergone a one-week acclimatization period by administering 0.2 mL/head subcutaneously to the right side of the mouse using a disposable syringe.
  • mice per group were classified as a negative control group without CLCC1 administration and an experimental group 3 group receiving CLCC1 by concentration.
  • the test group were divided into three groups of high-low, medium, depending on the concentration of CLCC1, a low concentration is 2x10 6 cells / head, jungnong degree of 2x10 7 cells / head, a high concentration of F at a concentration of 2x10 8 cells / head
  • the cancerinhibens CLCC1 strain was administered.
  • the strain was administered orally by syringe once daily for 36 days.
  • the negative control group was administered only an excipient (a PBS solution containing 15% (v/v) glycerol).
  • Table 9 shows the information of the negative control group and each experimental group.
  • the tumor volume (Tv) was calculated by the method of Equation 3 below by measuring the perpendicular width (W) and the maximum length (L) of the tumor, respectively.
  • the average tumor size of starting the microorganism administered the same day is, but like in 105mm 3 all four groups, 36 days after, while the mean tumor volume from negative control appears to 4330mm 3, CLCC1 strain is administered All of the experimental groups showed a volume of 3000 mm 3 or less, and it was confirmed that they had a tumor volume of about 60 to 67% compared to the control group, and the effect of inhibiting the growth of colon cancer of the Facalibacterium cancer inhibins was confirmed.
  • the tumor growth inhibition rate (IR) in each experimental group was calculated by the method of Equation 1 below.
  • T is the average tumor weight in each experimental group
  • C is the average tumor weight in the negative control group
  • Tables 11 and 6b show the results of measuring tumor weights in each group after the end of the strain administration experiment, and Table 12 below shows the results of measuring average weights of mice in each group according to the experiment.
  • the weight of the tumor extracted after necropsy was about 3.21 g, but in the experimental group, the weight of the tumor tissue was significantly lower as 1.94, 2.17 and 1.95 g at low, medium, and high concentrations, respectively.
  • the total body weight in each group did not show a significant difference between the control group and the experimental group.
  • the tumor growth inhibition rate was 39.6%
  • the tumor growth inhibition rate was 32.4%
  • the tumor growth inhibition rate was 39.3%, confirming that tumor growth was inhibited by more than 30% in all experimental groups. .
  • Figure 6e shows a picture of the result of H&E staining for necrosis analysis of tumor cells. There was no significant difference in the level of necrosis of tumor cells between the negative control group and the test group. Therefore, it can be seen that the cell line of Pacalibacterium cancer inhibins of the present application does not induce an inflammatory response due to tumor necrosis.
  • Figure 6f shows the results of the TUNEL staining analysis for the analysis of apoptosis of tumor cells. It was confirmed that the apoptosis of tumor cells was statistically significantly increased in the experimental group administered with Pacalibacterium compared to the negative control group. Therefore, it was confirmed that the decrease in tumor volume in each Pacalibacterium administration group was not due to necrosis of the tumor, but due to apoptosis of the tumor, and did not induce an inflammatory response.
  • Table 13 shows the results of comparing the necrosis and apoptosis of tumor cells.
  • is minimal
  • + is mild
  • ++ is moderate
  • +++ is marked
  • ++++ is severe, depending on the degree of cell death. Show. The number of dead cells corresponding to the corresponding stage is indicated under each symbol.
  • control group (Control, G1) showed a cell death rate of about 10.33%
  • the low concentration experimental group (G2) showed a cell death rate similar to that of the control group, but the medium concentration (G3)
  • G4 experimental group more than 12.4% apoptosis was observed. Therefore, it was confirmed that the apoptosis of tumor cells increased due to the administration of the Pacalibacterium cancer inhibis microorganism.
  • Example 9 Using a colon cancer subcutaneous tumor model Faecalibacterium Evaluation of the efficacy of genus microorganisms
  • a mouse subcutaneously transplanted with colon cancer cells was used to confirm the anticancer efficacy against colorectal cancer, and a test was performed at Champion's oncology, a non-clinical commissioned testing agency in the United States.
  • Colon cancer cells were used as the mouse-derived colon cancer cell line MC38 cells, and the mouse strain was used as C57BL/6.
  • the MC38 cells are cancer cell lines corresponding to mouse-derived colorectal carcinoma.
  • the test group was as follows, and 10 mice were included per group.
  • colon cancer was induced through subcutaneous tumor transplantation of the colon cancer cell line, MC38, and the effect of oral administration of Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain on the growth of colon cancer cells during colon cancer development. I looked at.
  • the Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 strain of Example 1 was cultured in RCM medium, concentrated, and final glycerol using PBS buffer and glycerol. It was kept frozen at a concentration of 15% (v/v). And thawed just before the administration to the mouse maridang low concentration of viable cells in 200ul content (2x10 7 cells / dose) (sample 1 corresponds to G3 of Example 8-1) and the high concentration of viable cells (2x10 8 cells / dose) maridang 200ul (2x10 8 cells ) (Sample 2 was orally administered to be equivalent to G4 in Example 8-1). As a control, 10 mice to which the CLCC1 strain was not administered were used.
  • Sample 3 was used as high-concentration dead cells (2 ⁇ 10 8 cells/dose) by treating Sample 2 prepared above in an oven at 100° C. for 2 hours.
  • the test formulations of the control group and samples 1 to 3 were administered two weeks before inoculation of cancer cells, and administered once a day for a total of 40 days. Specifically, the test formulations of the control and samples 1 to 3 were orally administered once a day for 40 days, and after 14 days from the start of administration, colon cancer cells (5x10 5 MC38 cells in 0.1ml PBS) were transferred to the subcutaneous tissue of the left flank. After inoculation and an engraftment period of 1 week, the size of the tumor was observed from the 22nd day to the 40th day for 18 days.
  • L is the long axis (maximum length, L) of the tumor
  • W2 is the short axis (perpendicular width, W).
  • Table 13 shows the results of changes in tumor volume in a subcutaneous tumor model in which the isolated strains according to the control group and samples 1 to 3 were transplanted with a colon cancer cell line.
  • the weight of the mice corresponding to the control group after cancer cell engraftment tended to be lower than that of the test group, but there was no significant difference between the control group and the test group as a whole.

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Abstract

본 발명은 패칼리박테리움 속 미생물을 제공하며, 또한 상기 항암 활성을 갖는 패칼리박테리움 캔서인히벤스(Faecalibacterium cancerinhibens) 미생물의 균체, 상기 미생물 배양물, 상기 미생물의 파쇄물 및 상기 미생물의 추출물로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 암의 예방 또는 치료용 약학 조성물 또는 암의 예방 또는 개선용 식품 조성물을 제공한다.

Description

패칼리박테리움속 미생물 및 이를 포함하는 항암 조성물
본 발명은 항암 활성을 가지는 패칼리박테리움 속 미생물, 및 상기 미생물을 포함하는 항암 조성물, 암의 예방 또는 치료용 약학 조성물, 또는 암의 예방 또는 개선용 식품 조성물에 관한 것이다.
마이크로바이옴(microbiome)은 특정 환경에 존재하고 있는 미생물들과 그 유전정보 전체를 의미한다. 인체 외에도 동물, 농업, 해양, 및 환경과 같은 다양한 분야에서 마이크로바이옴 정보가 활용되고 있으며, 특히 유전정보 분석 및 데이터 분석 기술의 발전을 토대로 한 인간 마이크로바이옴 연구의 발전으로, 이를 기반으로 한 진단 산업 및 헬스케어 산업의 성장이 기대되고 있다.
인간 장내 미생물은 인간 효소가 분해할 수 없는 다양한 물질을 분해하여 인간 세포가 흡수할 수 있는 영양소로 전환시킬 뿐만 아니라 외부에서 유래한 유해 세균의 생장을 억제하여 병원균 감염을 막는 역할을 한다. 이러한 장내 세균 자체 또는 세균이 분비하는 다양한 대사 물질들이 장 세포에 존재하는 수많은 면역 세포들을 자극하여 인체 면역 반응을 활성화 시키거나 조절하는 역할을 한다. 또한 인간의 100배 이상에 달하는 공생 미생물 유전자 수와 다양성으로 인해 인체 마이크로바이옴은 인간의 두 번째 게놈(second genome)으로도 여겨지고 있어, 그 중요성을 인정받고 있다.
특히, 인체 마이크로바이옴 연구의 발전으로 인해 다수의 인간 질병에 장내 미생물이 직간접적으로 연관되어 있다는 연구 결과가 급증하고 있으며, 장내 미생물이 인체의 여러 암과도 관련되어 있다는 연구 또한 증가하고 있다. 종래의 암 치료는 환자의 신생물 세포를 제거하기 위한 화학요법, 수술, 호르몬 요법 및/또는 방사선 치료의 조합을 수반한다. 암 화학요법은 바람직하게는 제제가 환자의 정상 세포를 죽이는 것보다 빠르게 복제중인 세포를 죽이는 약물의 사용에 기반한다. 종양 종괴를 제거하기 위해 수술이 이용되지만, 일단 암이 전이되고 나면 영향력이 거의 없다. 방사선은 오직 국재화된 영역에서만 효율적이다. 이러한 모든 접근법은 상당한 단점과 감염에 대한 감수성 증가와 같은 부가적인 위험성을 드러낸다.
항암 화학요법제는 결국 디스바이오시스(dysbiosis)를 일으킬 수 있는, 항생제의 치료를 필요로 하는 두 합병증, 즉 점막염(박테리아 전위와 연관된 약화성 점막 관문의 상처) 및 호중구 감소증(neutropenia)을 흔히 야기한다. 따라서, 상승작용 효과가 아니더라도, 화학요법 및/또는 방사선과 같은 치료와 면역력 간의 건설적인 상호작용을 지지하는 개선된 암 치료법의 개발에 대한 강한 필요성이 존재한다.
본 발명의 일 예는 항암 활성을 갖는 패칼리박테리움(Faecalibacterium) 속 미생물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 예는 항암 활성을 갖는 패칼리박테리움(Faecalibacterium) 속 미생물의 균체; 상기 미생물의 배양물; 상기 미생물의 파쇄물; 및 상기 미생물, 배양물 및 파쇄물로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 추출물;로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 항암 조성물, 예를 들면 암의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 예는 항암 활성을 갖는 패칼리박테리움(Faecalibacterium) 속 미생물의 균체; 상기 미생물의 배양물; 상기 미생물의 파쇄물; 및 상기 미생물, 배양물 및 파쇄물로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 추출물;로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 항암 식품 조성물, 예를 들면 암의 예방 또는 개선용 식품 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명자들은 장내 주요 세균을 구성하는 속(genus)인 Faecalibacterium 속을 연구하여 새로운 미생물을 분리 및 동정하였고, 분리된 패칼리박테리움속 미생물이 마우스 모델에서 암 종양의 생성 및 증식 억제 활성을 가지는 것을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
이하, 본 발명을 더욱 자세히 설명한다.
본 발명의 일 예는 항암 활성을 갖는 패칼리박테리움(Faecalibacterium) 속 미생물, 구체적으로 패칼리박테리움 캔서인히벤스 (Faecalibacterium cancerinhibens), 더욱 자세하게는 패칼리박테리움 캔서인히벤스 (Faecalibacterium cancerinhibens) CLCC1에 관한 것이다. 더욱 자세하게는, 본 발명에 따른 Faecalibacterium cancerinhibens 은 항암 활성, 예를 들면 대장암 및/또는 간암에 대한 항암 활성을 가지는 것을 특징으로 한다.
자세하게는, 본 발명의 패칼리박테리움 속 미생물은 장내 균총으로부터 분리한 것일 수 있다. 본 발명에 따른 항암 활성을 갖는 패칼리박테리움(Faecalibacterium) 속 미생물, 보다 구체적으로 Faecalibacterium cancerinhibens 미생물은 하기 특성 중에서 적어도 1개 이상의 특성을 갖는 것이다:
(1) 항암 활성, 구체적으로 암의 발생을 방지, 종양의 성장 속도를 지연 또는 저해하거나, 종양의 크기 또는 부피를 감소시키나, 또는 암의 전이를 억제 또는 지연시키는 활성이며, 일 예는 Faecalibacterium cancerinhibens 은 암세포주를 피하 이식한 마우스에 투여하였을 때, 상기 미생물을 투여하지 않은 대조군에 비해 종양 부피가 10 내지 90%로 감소시키는 활성,
(2) 서열번호 1의 뉴클레오타이드 서열을 갖는 16S rRNA 또는 이와 뉴클레오타이드 서열 동일성이 97%이상, 98% 이상, 99% 이상, 99.5% 이상, 99.8% 이상, 또는 99.9% 이상인 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 16S rRNA을 가짐,
(3) 미생물의 배양온도 20 내지 40 ℃이거나, 혐기 조건 하에서 배양되는 것인,
(4) 지질 생산 패턴, 자세하게는 17:0 iso 3OH 지방산을 포함하지 않는 것이며, 더욱 자세하게는 15:1 w8c 지방산, 19:0 cyclo w10c/19w6 지방산, 20:1 w9c 지방산, 14:0 3OH/16:1 iso I 지방산, 15:0 3OH 지방산, 16:0 iso 지방산 및 16:0 iso 3OH 지방산으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 지방산을 포함하며, 특히 Faecalibacterium prausnitzii에는 없는 PL3를 포함, 및
(5)부티르산 생산, 자세하게는 Faecalibacterium prausnitzii 에 비해 2배 내지 50배 높은 부티르산 함량을 가짐.
본 발명에 따른 Faecalibacterium 속 미생물, 예를 들면 Faecalibacterium cancerinhibens 의 항암 활성을 가지며, 예를 들면 암의 발생을 방지, 종양의 성장 속도를 지연 또는 저해하거나, 종양의 크기 또는 부피를 감소시키나, 또는 암의 전이를 억제 또는 지연시키는 활성을 가질 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 구체적인 항암 활성의 예는 종양 성장 속도 저해에 의한 암의 전이를 억제 및/또는 지연시키는 활성을 포함할 수 있다. 상기 종양 또는 암은 위장관암, 및 비-위장관암을 모두 포함하며, 비위장관암은 위장관암을 제외한 나머지 암을 모두 포함하며, 예를 들면 소화기관계 암 등을 포함한다.
구체적으로, 치료 전의 동일한 개체에서의 상응하는 종양 크기, 암 세포의 수 또는 종양 성장 속도와 비교하여, 또는 치료를 받지 않은 다른 개체에서의 상응하는 활성과 비교하여 적어도 약 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% 또는 100% 만큼 종양 크기, 암 세포의 수, 또는 종양의 성장 속도를 감소시키는 활성을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 패칼리박테리움 캔서인히벤스 미생물을 투여한, 대장암 세포주 이식 마우스는 상기 미생물을 투여하지 않은 마우스에 비해 종양 부피(volume)가 약 30 내지 40% 감소하여, 상기 미생물의 대장암에 대한 종양의 크기 감소 및 종양의 성장 속도 저해 효과가 확인되었다.
본 발명에서 "암"은 전형적으로 비정상적 또는 제어되지 않은 세포 성장의 특징을 가지는, 동물의 생리학적 상태를 의미한다. 예를 들어, 암 및 암 병리는 전이, 정상적으로 기능하는 주변 세포에 대한 간섭, 비정상 레벨에서 사이토카인 또는 다른 분비 산물의 방출, 염증성 또는 면역학적 반응의 억제 또는 증대, 종양 형성(neoplasia), 전암(premalignancy), 악성 종양(malignancy), 주위 또는 거리가 있는 조직 또는 기관, 예를 들어 림프절 침범(invasion) 등과 연관될 수 있다. 본 발명에서, 상기 암은 위장관암(gastrointestinal cancer) 및 비위장관암일 수 있으며, 비위장관암은 위장관암을 제외한 암으로서, 소화기관계 암 등을 포함한다.
상기 위장관암은 위장관계 또는 소화기관계, 예를 들면 식도, 위, 소장 또는 대장 등 위장관에 발생하는 악성 종양으로서, 대부분 자각 증상이 없어 다수 사례에서 암의 완전 절제가 불가능할 정도로 진행된 상태로 발견되어 예후가 불량한 암에 속한다. 상기 위장관암 또는 소화기관계 암은 예를 들어 식도암, 담낭암, 간암, 담도암, 췌장암, 위암, 소장암, 대장암, 결장암, 항문암 및 직장암으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 암일 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 일 예에서, 대장암 및/또는 간암일 수 있다.
상기 비-위장관암은 위장관을 제외한 함으로서 위장관계 조직이외의 조직에서 발생하는 악성 종양을 포함하며, 예를 들어 백혈병, 전립선암, 유방암, 방광암, 신장암, 다발성골수종, 자궁경부암, 갑상선암, 난소암, 요도암, 골육종, 교모세포종, 뇌종양 또는 림프종일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
더욱 자세하게는 본 발명에 따른 항암 활성은 대장암 및/또는 간암에 대한 항암 활성일 수 있으며, 예를 들면 간암 및/또는 대장암의 발생 또는 진행을 억제하는 활성일 수 있다. 구체적으로, 종양의 발생을 지연 또는 종양의 성장 속도를 저해하는 것일 수 있으며, 종양의 성장 속도 저해로 인한 암의 전이 예방 활성을 추가로 가질 수 있다.
본 발명의 일 예에서, 상기 간암은 간에 발생하는 모든 종류의 악성 종양을 의미하며, 바람직하게는 간세포암(Hepatocellular carcinoma, HCC) 또는 간내담관암(Cholangiocarcinoma, CC)일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 간모세포종, 담관암종, 담관세포 낭샘암종 또는 바이러스 감염으로부터 생성되는 간암으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 암일 수 있다. 간세포암은 일차 간암의 70 내지 85%에 해당하는 가장 주요한 조직학적 하위 유형이다. 본 발명의 일예에서 간암은 간 세포암(hepatoma)일 수 있다.
본 발명의 일 예에서, 상기 대장암은 상행결장, 횡행결장, 하행결장, S자 결장 및 직장 점막으로부터 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 부위에 발생하는 악성종양을 포함하며 예를 들면 결직장암(colorectal carcinoma)일 수 있다. 상기 대장암은 선암, 림프종, 악성 유암종, 평활근육종, 카포시 육종 및 편평상피암으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 종류일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 Faecalibacterium 속 미생물은, 건강한 성인 남성의 분변으로부터 분리하여 인간 암 세포주, 암 세포주를 피하 이식한 마우스 모델, 또는 암 세포주를 해당 조직에 이식한 마우스 모델에서 암 발생의 억제, 및 암종의 성장을 억제하는 효과를 확인하였다. 본 발명의 일 실시예에서, 건강한 성인 남성의 분변으로부터 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 미생물을 분리하여 대장암 또는 간암을 유도 또는 이식한 마우스에서 종양의 성장을 억제하는 효과를 확인하였다.
본 발명이 제공하는 Faecalibacterium 속 미생물, 예를 들면Faecalibacterium cancerinhibens 은 암 세포주 또는 암세포주 이식 동물모델에서 종양 성장을 억제하는 활성을 가지며 상기 종양 성장 억제는 종양의 성장 속도를 지연 또는 저해하거나, 종양의 크기 또는 부피를 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 미생물은 종양의 발생 억제, 또는 암의 전이를 억제 또는 지연시키는 활성을 가질 수 있다. 상기 종양 성장 억제 활성은 예를 들면 종양의 부피/크기 또는 종양의 무게를 이용하여 측정할 수 있다.
본 발명이 제공하는 Faecalibacterium cancerinhibens 은 암 세포주를 피하 이식한 동물 모델에 투여하였을 때, 미생물을 투여하지 않은 대조군에 비하여, 종양 무게에 따른 종양 성장 억제율이 5% 이상, 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 또는 30% 이상일 수 있으며, 상기 종양 무게에 따른 종양 성장 억제율은 하기 수학식 1에 의해 계산될 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2020004363-appb-I000001
상기 수학식 1에서, IR은 종양 무게에 따른 종양의 성장 억제율 (Tumor growth inhibition rate, IR), T1은 각 실험군 그룹에서의 평균 종양 무게이고, C1은 음성 대조군에서의 평균 종양 무게이다.
본 발명이 제공하는 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 미생물은 대장암 세포주를 피하 이식한 동물 모델에 투여하였을 때, 상기 수학식 1에 따른 종양 성장 억제율이 5% 이상, 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 또는 30% 이상일 수 있으며, 예를 들면, 5 내지 90%, 5 내지 70%, 5 내지 50%, 10 내지 90%, 10 내지 70%, 10 내지 50%, 15 내지 90%, 15 내지 70%, 15 내지 50%, 20 내지 90%, 20 내지 70%, 20 내지 50%, 25 내지 90%, 25 내지 70%, 25 내지 50%, 30 내지 90%, 30 내지 70%, 또는 30 내지 50%일 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서, Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 미생물을 저농도, 중농도 또는 고농도로 투여한 대장암 세포주를 이식한 동물모델의 3개 실험군 및 상기 미생물을 투여하지 않는 음성 대조군에서의 종양 무게 측정 결과를 토대로 상기의 수학식 1을 이용하여 종양 성장 억제율을 측정하였다. 인간 대장암 세포주를 피하 이식한 마우스에서 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1의 투여 여부에 따른 종양의 무게를 측정한 결과, 상기 미생물을 투여한 실험군 3개 그룹에서 모두 음성 대조군에 비해 현저히 낮게 나타났다. 구체적으로, 상기 미생물을 저농도(2x106 cells/head)로 투여한 실험군에서는 종양 성장 억제율이 39.6%, 중농도(2x107 cells/head)로 투여한 실험군에서는 종양 성장 억제율이 32.4%, 고농도(2x108 cells/head)로 투여한 실험군에서는 종양 성장 억제율이 39.3%로 나타나, 모든 실험군에서 대장암의 종양 성장이 30% 이상 억제되었음을 확인하였다.
본 발명이 제공하는 Faecalibacterium cancerinhibens 은 암 세포주를 피하 이식한 동물 모델에 투여하였을 때, 미생물을 투여하지 않은 대조군에 비하여, 종양 부피에 따른 상대적인 종양 부피의 감소율은 5% 이상, 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 또는 30% 이상일 수 있으며, 상기 종양 부피에 따른 종양 성장 억제율은 하기 수학식 2에 의해 계산될 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2020004363-appb-I000002
상기 수학식 2에서, T2는 각 실험군 그룹에서의 평균 종양 부피이고, C2는 음성 대조군에서의 평균 종양 부피이다.
본 발명의 일 예에 따라 암 세포주를 이식한 종양 동물 모델에 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1을 투여하였을 때, 상기 미생물을 투여하지 않는 음성 대조군의 종양 부피 100%를 기준으로, 종양 부피가 90% 이하, 85% 이하, 80% 이하, 77% 이하, 70% 이하, 67% 이하일 수 있으며, 종양 부피가 하한치 10% 이상, 15% 이상, 18%이상, 및 20%이상에서 선택된 수치와, 상한치 90% 이하, 85% 이하, 80% 이하, 77% 이하, 70% 이하, 및 67% 이하에서 선택된 수치와 조합한 수치범위를 가지는 것일 수 있다.
상기 암이 대장암인 경우, Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 미생물은 상기 미생물을 투여하였을 때, 상기 미생물을 투여하지 않는 음성 대조군의 종양 부피 100%를 기준으로, 종양 부피가 10 내지 90%, 10 내지 85%, 10 내지 80%, 10 내지 77%, 10 내지 70%, 10 내지 67%, 20 내지 90%, 20 내지 80%, 20 내지 70%, 20 내지 67%, 30 내지 90%, 30 내지 80%, 30 내지 70%, 30 내지 67%, 40 내지 90%, 40 내지 80%, 40 내지 70%, 40 내지 67%, 50 내지 90%, 50 내지 80%, 50 내지 70%, 50 내지 67% 또는 60 내지 67% 수준으로 감소하는 활성을 가지는 것일 수 있다.
구체적으로, 인간 대장암 세포주를 이용한 마우스 피하 종양 모델에 미생물 투여를 시작한 당일(1일)의 평균 종양 크기는 4개 그룹에서 모두 105mm3로 같았으나, 36일 경과 후에는 음성 대조군에서 평균 종양 부피가 4330mm3로 나타난 반면, CLCC1 미생물이 투여된 실험군에서는 모두 3000mm3 이하의 부피를 보여, 대조군 대비 약 60 내지 67%의 종양 부피를 가지는 것으로 확인되었는 바, 패칼리박테리움 캔서인히벤스의 대장암 성장 억제 효과를 확인하였다.
상기 암이 간암인 경우, 본 발명이 제공하는 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 미생물은 상기 미생물을 투여하였을 때, 상기 미생물을 투여하지 않은 대조군의 간암 종양 부피 100%를 기준으로, 종양 부피가 90% 이하, 85% 이하, 80% 이하, 77% 이하, 10 내지 90%, 10 내지 85%, 10 내지 80%. 10 내지 77%, 15 내지 90%, 15 내지 85%, 15 내지 80%, 15 내지 77%, 18 내지 90%, 18 내지 85%, 18 내지 80%, 또는 18 내지 77% 수준으로 감소하는 활성을 가지는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 간암의 종양 부피 감소는, 평균적으로 대조군에 비해 CLCC1을 경구 투여한 실험군에서 간암 종양의 부피가 19.5% 내지 75.3%, 평균 32.9% 가량 낮은 수치를 보였다. 따라서 경구 투여된 CLCC1 미생물이 간암에 있어서 종양의 발생 및 진행을 억제하는 활성을 가짐을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주를 투여한 마우스와 상기 균주를 투여하지 않은 대조군 마우스에 피하 종양 세포를 이식하여 간암 발생 및 성장 속도를 MR 촬영을 이용하여 확인한 결과, Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주를 투여한 경우, 대조군에 비해 간암 종양의 부피가 평균 32.9% 낮은 수치를 나타내, 암 발생의 지연 및 종양의 성장 진행 속도의 지연이 확인되었다.
본 발명의 일 실시예에서, 8주령 마우스의 간 좌엽에 간암 세포주 Hep55.1c를 이식하여 간암을 발생시킨 후, Faecalibacterium cancerinhibens 미생물을 투여한 실험군과 투여하지 않은 대조군의 종양의 크기 (volume)를 비교한 결과, 이식 수술 당일의 종양 크기를 1로 두었을 때, Faecalibacterium cancerinhibens 미생물을 투여한 실험군에서의 종양 성장이 대조군에 비해 두드러지게 억제되었다.
본 발명의 일 실시예에서, 간암 세포주의 피하 종양 이식 실험을 통해 간암을 발생시키고, 55일 동안의 간암 발생 과정에서 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주를 경구 투여한 경우, Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주를 경구 투여한 실험군에서 대조군에 비해 통계적으로 유의미하게 종양 발생 및 진행이 억제됨이 확인되었다 (도 4a 내지 4c). 평균적으로 대조군에 비해 CLCC1을 경구 투여한 실험군에서 종양의 부피가 19.5% 내지 75.3%, 평균 32.9% 가량 낮은 수치를 보였다. 따라서 경구 투여된 CLCC1 균주가 종양의 발생 및 진행을 억제하는 활성을 가짐을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 간암 세포주의 간 이식 실험을 통해 마우스에서 간암을 발생시키고, 39일 동안의 암 발생 과정에서 Faecalibacterium 속 세균 CLCC1를 경구 투여한 경우, CLCC1를 경구 투여한 실험군에서 CLCC1 균주를 투여하지 않은 대조군에 비해 통계적으로 유의미하게 암 발생과 진행이 억제되는 것을 확인 하였다(도 5a 내지 도 5c). 따라서 상기 CLCC1 균주가 종양의 발생 및 성장 억제 활성이 뛰어남을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 Faecalibacterium 속 미생물, 예를 들면 Faecalibacterium cancerinhibens 은 서열번호 1의 뉴클레오타이드 서열을 갖는 16S rRNA 또는 이와 뉴클레오타이드 서열 동일성이 97%이상, 98%이상, 99%이상, 99.5%이상, 99.8%이상 또는 99.9%이상인 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 16S rRNA을 가지는 미생물일 수 있다.
본 발명에 따른 Faecalibacterium cancerinhibens 미생물은 20 내지 40 ℃온도, 25 내지 40 ℃ 온도, 30 내지 40 ℃ 온도, 35 내지 40 ℃ 또는 37℃ 온도에서 배양될 수 있으며, 혐기 조건에서 배양되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 Faecalibacterium cancerinhibens은 기존 패칼리박테리움 속 미생물인 패칼리박테리움 프라우스니치이(Faecalibacterium prausnitzii)와는 상이한 지질 생산 패턴을 나타내는 특성이 있다.
본 발명에 따른 Faecalibacterium cancerinhibens은 17:0 iso 3OH 지방산을 포함하지 않는다. 본 발명의 일 실시예에서, Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 미생물과 Faecalibacterium prausnitzii 종의 극성 지질 함량을 분석한 결과, CLCC1은 Faecalibacterium prausnitzii에는 없는 PL3를 추가로 가지고 있는 것을 확인하였다 (도 3b). 본 발명에 따른 Faecalibacterium cancerinhibens 은 15:1 w8c 지방산, 19:0 cyclo w10c/19w6 지방산, 20:1 w9c 지방산, 14:0 3OH/16:1 iso I 지방산, 15:0 3OH 지방산, 16:0 iso 지방산 및 16:0 iso 3OH 지방산으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 지방산을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 미생물과 Faecalibacterium prausnitzii 종의 지방산 구성을 가스 크로마토그래피 분석을 수행하여 비교한 결과, 두 미생물간 주요 지방산의 구성에 차이가 나는 것을 알 수 있었다. 구체적으로, 15:1 w8c 지방산, 19:0 cyclo w10c/19w6 지방산, 20:1 w9c 지방산, 14:0 3OH/16:1 iso I 지방산, 15:0 3OH 지방산, 16:0 iso 지방산 및 16:0 iso 3OH 지방산은 CLCC1 미생물에서만 검출되었으며, 17:0 iso 3OH 지방산은 Faecalibacterium prausnitzii ATCC 27768 에서만 검출되었다.
본 발명이 제공하는 Faecalibacterium cancerinhibens 는 짧은 사슬 지방산(short chain fatty acid; SCFA) 중 부티르산의 생산량이 높다. 구체적으로, 본 발명의 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주의 부티르산 생산량은 Faecalibacterium prausnitzii 종에 비해 2 내지 50배, 2 내지 40배, 2 내지 30배, 2 내지 20배, 2 내지 15배, 2 내지 10배, 5 내지 50배, 5 내지 40배, 5 내지 30배, 5 내지 20배, 5 내지 15배, 또는 5 내지 10배일 수 있다. 구체적으로, Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주 및 Faecalibacterium prausnitzii 종의 배양 상등액의 SCFA 분석 결과, Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주는 Faecalibacterium prausnitzii 종에 비해 7.8배 높은 부티르산 함량을 보였다 (도 3c 내지 3d).
본 발명에 따른 바람직한 패칼리박테리움 속 미생물은 2019년 1월 3일자로 한국생명공학연구원 생물자원센터에 기탁하여 수탁번호 KCTC 13783BP를 부여받았으며, 학명은 패칼리박테리움 캔서인히벤스 (Faecalibacterium cancerinhibens) 이다.
본 발명에 따른 Faecalibacterium cancerinhibens 균주는 한천 배지에 도말하여 배양하는 경우, 3mm 이내 또는 2mm 이내의 콜로니를 형성하고, 광학 현미경으로 관찰하였을 때 긴 막대 모양의 세포 모양을 가진다. 본 발명의 일 실시예에서, Faecalibacterium cancerinhibens 은 2.9Mbp의 유전체 크기를 가지며, 단백질 암호화 부위(CDS)의 수는 2695개이고, GC 비율은 56.1%, rRNA 유전자의 수는 21개, 전체 tRNA 유전자의 수는 69개로 나타났다. 본 발명에 따른 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1는, Faecalibacterium prausnitzii 에 비해 7.8배 높은 함량의 부티르산(butanoic acid)이 검출되었다 (도 3c 내지 3d).
본 발명의 일 예는 본 발명의 일 예는 항암 활성을 갖는 패칼리박테리움(Faecalibacterium) 속 미생물의 균체; 상기 미생물의 배양물; 상기 미생물의 파쇄물; 및 상기 미생물, 배양물 및 파쇄물로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 추출물;로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 항암 조성물, 예를 들면 암의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공하는 것이다. 구체적으로 상기 암은 위장관암 및 비-위장관암을 포함하며, 예를 들면 대장암 및/또는 간암일 수 있다.
본 발명의 조성물은 암의 예방, 치료 또는 개선에 사용하기 위한 것이다. 본 발명의 조성물은 암으로 진단되거나, 암 발병 위험이 있는 것으로 확인된 환자에게 투여될 수 있다. 실시예는 본 발명의 조성물의 투여가 다수의 종양 모델에서 종양 성장을 감소시킬 수 있음을 입증한다. 본 발명의 조성물을 사용한 암의 치료는 암세포의 종양 형성 및/또는 종양의 성장 지연 활성 외에 암세포의 전이를 줄이거나 감소시키는 활성을 추가로 가질 수 있다.
상기 항암 조성물에 사용되는 본 발명에 따른 패칼리박테리움 속 미생물 예를 들어, 패칼리박테리움 캔서인히벤스(Faecalibacterium cancerinhibens)는 상술한 바와 같다.
본 발명에 따른 항암제는 단독으로 또는 다른 요법, 예컨대 수술, 방사선 치료, 유전자 치료, 면역치료 (예, 표적 항체 면역요법, CAR-T 세포 요법), 온콜리틱 바이러스, 골수 이식, 줄기세포 이식, 호르몬 요법, 표적 치료, 냉동요법, 초음파 치료, 광역동 치료, 화학요법 등과 함께 수행될 수 있다. 추가로, 증식성 질환이 발병할 위험이 높은 사람은 질환의 발병을 억제 및/또는 지연하기 위한 치료를 받을 수 있다. 본 발명에 따른 조성물의 항암활성은 보다 직접적인 항암제와 조합될 때 효과적일 수 있다. 따라서, 특정의 구현예에서, 본 발명은 Faecalibacterium cancerinhibens 및 항암제를 포함하는 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 항암 조성물의 유효성분인 패칼리박테리움(Faecalibacterium) 속 미생물의 균체; 상기 미생물의 배양물; 상기 미생물의 파쇄물; 및 상기 미생물, 배양물 및 파쇄물로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 추출물;로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상은, 전체 항암제 조성물 중에서 0.00001 중량% 내지 100 중량%, 0.001 중량% 내지 99.9 중량 %, 0.1 중량% 내지 99 중량 %, 더욱 바람직하게는 1 중량% 내지 50 중량%로 포함할 수 있다.
상기 패칼리박테리움 속 미생물은 균체 자체를 포함하거나, 또는 균체를 포함하지 않는 cell-free 형태일 수 있다. 상기 파쇄물은 상기 패칼리박테리움 속 미생물 균체를 파쇄한 파쇄물 또는 상기 파쇄물을 원심분리하여 얻어진 상등액을 의미하는 것이다. 본 명세서에 있어서, 별도의 언급이 없는 한, 항암 활성을 가지는 패칼리박테리움 속 미생물은 상기 미생물의 균체; 상기 미생물의 배양물; 상기 미생물의 파쇄물; 및 상기 미생물, 배양물 및 파쇄물로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 추출물;로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상을 의미하는 것으로 사용된다.
본 발명에 따른 항암 조성물은 동결 건조된 균체를 포함할 수 있다. 미생물 균체의 동결 건조는 통상의 기술자가 당업계에 공지된 방법으로 수행할 수 있다. 대안적으로, 본 발명의 조성물은 살아있는 살아있는 미생물의 배양물을 포함할 수 있다. 일 현예에서, 본 발명에 따른 항암 조성물에 포함된 미생물은 불활성화되어 있지 않으며, 예컨대, 열-불활성화되어 있지 않다. 일부 구현예에서, 본 발명에 따른 항암 조성물에 포함된 미생물은 사멸되어 있지 않으며, 예컨대, 열-사멸되어 있지 않다. 일부 구현예에서, 본 발명에 따른 항암 조성물에 포함된 미생물은 약화되어 있지 않으며, 예컨대, 열-약화되어 있지 않다. 일부 구현예에서, 본 발명에 따른 항암 조성물에 포함된 미생물은 장을 부분적으로 또는 전체적으로 콜로니화할 수 있다.
본 발명에 따른 항암 조성물은 치료 유효량의 본 발명의 미생물을 포함한다. 치료 유효량의 미생물은 환자에게 유익한 효과를 발휘하기에 충분하다. 박테리아성 균주의 치료학적 유효량은 환자의 장내 수송 및/또는 부분적 또는 전체 콜로니화를 초래하기에 충분할 수 있다. 예를 들어, 성인 인간에 대한 박테리아의 적합한 일일 투여량은 약 1 x 103 내지 약 1 x 1011 콜로니 형성 단위(CFU)일 수 있고; 예를 들어, 약 1 x 107 내지 약 1 x 1010 CFU; 다른 예에서는 약 1 x 106 내지 약 1 x 1010 CFU이다.
본 발명에 따른 약학 조성물은 인간을 포함하는 포유동물에 다양한 경로로 투여될 수 있다. 투여 방식은 통상적으로 사용되는 모든 방식일 수 있으며, 예컨대, 경구, 피부, 정맥, 근육 또는 피하 등의 경로로 투여될 수 있으며, 바람직하게는 경구로 투여될 수 있다.
본 발명의 조성물은 약학적으로 허용가능한 부형제 또는 담체를 포함할 수 있다. 치료적 사용을 위한 허용가능한 담체 또는 희석제는 약학 분야에 잘 알려져 있다. 적합한 담체의 예로는 락토오스, 전분, 글루코오스, 메틸 셀룰로오스, 마그네슘 스테아레이트, 만니톨, 솔비톨 등이 포함된다. 적합한 희석제의 예는 에탄올, 글리세롤 및 물을 포함한다. 약학적 담체, 부형제 또는 희석제의 선택은 의도된 투여 경로 및 표준 약제 실습과 관련하여 선택될 수 있다. 약학적 조성물은 담체, 부형제 또는 희석제로서 또는 이들 외에 임의의 적합한 결합제, 윤활제, 현탁화제, 코팅제, 가용화제를 포함할 수 있다.
본 발명의 약학 조성물의 투여 용량은 환자의 나이, 몸무게, 성별, 투여형태, 건강상태 및 질환 정도에 따라 달라질 수 있으며, 의사 또는 약사의 판단에 따라 일정 시간간격으로 1일 1회 내지 수회로 분할 투여할 수도 있다. 예컨대, 유효성분 함량을 기준으로 1일 투여량이 0.1 내지 500 ㎎/kg, 바람직하게는 0.5 내지 300 ㎎/kg일 수 있다. 상기한 투여량은 평균적인 경우를 예시한 것으로서 개인적인 차이에 따라 그 투여량이 높거나 낮을 수 있다.
본 발명의 조성물은 프로바이오틱스일 수 있으며, 프로바이오틱스는 적어도 하나의 적합한 프리바이오틱 화합물과 배합될 수 있다. 상기 프리바이오틱 화합물은 일반적으로 올리고- 또는 폴리사카라이드 또는 설탕 알코올과 같은 비-소화성 탄수화물이며, 이는 상부 소화관에서 분해되거나 흡수되지 않는다. 공지의 프리바이오틱은 이눌린 및 트랜스갈락토-올리고사카라이드와 같은 시판 중인 제품을 포함한다.
본 발명의 조성물은 패칼리박테리움 속 미생물을 장내로 수송할 수 있도록 캡슐화될 수 있다. 캡슐화는 예를 들어 압력, 효소 활성 또는 pH의 변화에 의해 유발될 수 있는 물리적 붕괴와 같은 화학적 또는 물리적 자극에 의한 파열을 통해 표적 위치로 수송될 때까지 조성물이 분해되지 않도록 보호한다. 임의의 적절한 캡슐화 방법이 사용될 수 있다. 예시적인 캡슐화 기술은 다공성 매트릭스 내의 포착, 고체 담체 표면상의 부착 또는 흡착, 응집 또는 가교 결합제에 의한 자기 응집 및 미세다공성 막 또는 마이크로캡슐 후의 기계적 봉쇄를 포함한다.
본 발명의 일 예는 본 발명의 일 예는 항암 활성을 갖는 패칼리박테리움(Faecalibacterium) 속 미생물의 균체; 상기 미생물의 배양물; 상기 미생물의 파쇄물; 및 상기 미생물, 배양물 및 파쇄물로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 추출물;로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 항암 조성물, 예를 들면 암의 예방 또는 개선용 식품 조성물 또는 항암 기능성 식품 조성물에 관한 것이다.
상기 항암 조성물에 사용되는 본 발명에 따른 패칼리박테리움 속 미생물 예를 들어, 패칼리박테리움 캔서인히벤스(Faecalibacterium cancerinhibens)는 상술한 바와 같다.
본 발명에서 식품은 영양소를 한 가지 또는 그 이상 함유하고 있는 천연물 또는 가공품을 의미하며, 바람직하게는 어느 정도의 가공 공정을 거쳐 직접 먹을 수 있는 상태가 된 것을 의미하며, 통상적인 의미로서의 식품, 식품 첨가제, 건강 기능성 식품, 음료 및 음료 첨가제 등을 모두 포함하는 의도이다. 본 발명에서 음료란 갈증을 해소하거나 맛을 즐기기 위하여 마시는 것의 총칭을 의미하며 기능성 음료를 포함하는 의도이다. 상기 음료는 액상, 시럽 및/또는 겔 형태일 수 있다.
상기 식품 조성물에 함유된 유효성분으로서의 패칼리박테리움 속 미생물의 함량은 식품의 형태, 소망하는 용도 등에 따라 적절하게 특별한 제한이 없으며, 예컨대, 전체 식품 중량의 유효성분인 패칼리박테리움 속 미생물의 균체, 상기 미생물 배양물, 상기 미생물의 파쇄물 및 상기 미생물의 추출물로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상은 0.00001 중량% 내지 100 중량%, 0.001 중량% 내지 99.9 중량 %, 0.1 중량% 내지 99 중량 %, 더욱 바람직하게는 1 중량% 내지 50 중량%, 0.01 내지 15 중량%로 가할 수 있다. 예를 들어, 식품 조성물은 100 ㎖를 기준으로 0.02 내지 10 g, 바람직하게는 0.3 내지 1 g의 비율로 가할 수 있다.
본 발명의 조성물은 식품으로서 제형화될 수 있다. 예를 들어, 식품은 영양 보충제와 같이 본 발명의 치료 효과 이외에 영양적인 이득을 제공할 수 있다. 유사하게, 식품 조성물은 본 발명의 조성물의 맛을 증강시키거나 또는 약학 조성물보다는 일반적인 식품 품목에 보다 유사함으로써 조성물을 소비하기에 더 매력적이도록 제형화될 수 있다.
본 발명에 따른 패칼리박테리움 속 미생물 및 이를 포함하는 암의 예방 또는 치료용 조성물은, 암의 발생 및 성장을 억제하는 활성이 있으며, 특히 약학 조성물 또는 건강기능식품 등의 형태로 인간이 섭취하여 암의 예방, 치료 및/또는 개선에 이용될 수 있다.
도 1a는 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1를 Reinforced clostridial media(RCM) 배지에 3일간 배양한 후 형성된 콜로니 형태를 나타낸 사진이다.
도 1b는 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1의 액체 배양 시 대수기 상태(exponenetial growth phase)에서 세포 외형을 광학 현미경으로 관찰한 사진이다.
도 1c는 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1의 액체 배양 시 대수기 상태(exponenetial growth phase)에서 세포를 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 2a는 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1의 16S rRNA 분석을 통해 얻은 계통분류학적 위치를 나타낸 그림이다.
도 2b은 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1의 유전체에 존재하는 92개의 핵심 유전자를 이용하여 계통분류학적 위치를 나타낸 그림이다.
도 2c는 평균 뉴클레오타이드 일치도 (ANI) 값에 기반한 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주 및 근연종의 유연관계도이다.
도 2d는 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 및 근연종의 ANI값을 비교한 표이다.
도 3a는 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1와 Faecalibacterium prausnitzii 균주의 지방산 구성을 비교한 가스 크로마토그래피 분석 결과 그래프이다.
도 3b는 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1와 Faecalibacterium prausnitzii 균주의 극성 지질의 비교를 위해 수행한 2차원 크로마토그래피 분석 결과를 나타낸 사진이다.
도 3c는 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1의 짧은 사슬 지방산 분석을 수행한 GC-MS 분석 그래프이다.
도 3d는 Faecalibacterium prausnitzii의 짧은 사슬 지방산 분석을 수행한 GC-MS 분석 그래프이다.
도 4a 내지 4c는 실시예 4의 방법으로 간암을 유도한 마우스에서 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1의 암 발생 억제 효과를 측정하기 위해 간암 유도 후 시간에 따른 종양 부피 변화를 나타낸 그래프이다. 도 4a는 각 개체를 검으로 나타낸 점그래프, 도 4b는 실험군과 대조군의 평균값을 비교한 그래프, 도 4c는 각 개체 별 종양의 부피 변화를 각각 나타낸 꺾은선 그래프이다.
도 5a 내지 도 5c는 간 이식 모델에서의 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주의 암 발생 억제 효과 시험 결과 및 각 결과의 점그래프와 꺾은선 그래프이다. 도 5a는 종양의 크기를 직접 비교한 결과, 도 5b는 종양의 크기 변화를 배수(fold)로 표현한 결과, 도 5c는 델타 값을 의미한다.
도 6a는 인간 대장암 세포주를 피하 이식한 마우스에서 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주의 투여량에 따른 종양의 부피 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6b는 인간 대장암 세포주를 피하 이식한 마우스에서 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1균주의 투여량에 따른 종양의 무게 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6c는 인간대장암 세포주를 피하 이식한 마우스에서 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주의 투여량에 따른 종양의 크기 변화를 육안 관찰한 결과이다.
도 6d는 인간 대장암 세포주를 피하 이식한 마우스에서 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주의 투여 기간 종료 후 음성 대조군(G1) 및 각 실험군(G2 내지 G4)에서의 종양 조직을 분리하여 육안 관찰한 결과이다.
도 6e는 인간 대장암 세포주를 피하 이식한 마우스의 종양 조직에서 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주의 투여에 따른 세포 괴사를 확인하기 위해 H&E 염색을 수행한 결과이다.
도 6f는 인간 대장암 세포주를 피하 이식한 마우스의 종양 조직에서 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주의 투여에 따른 세포 자멸사(apoptosis)를 확인하기 위해 TUNEL 염색을 수행한 결과이다.
도 7는 마우스 대장암 세포주를 피하 이식한 마우스의 종양 조직에서 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주의 투여에 따른 종양의 크기 변화를 관찰한 결과이다.
도 8은 본 발명의 일 예에 따라 항암 효능을 실험하기 위하여 암을 가지는 동물 모델에서 다양한 시험 제제를 투여하기 위한 실험디자인을 나타낸다.
이하 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 그러나 하기 실시예에 의해 본 발명의 권리범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1. 미생물의 분리
Faecalibacterium 속 세균은 건강한 성인의 장내 우점 세균으로 전체 장내 세균 중 약 10%의 비율을 차지하며, 건강에 직간접적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.
Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주는 건강한 20대 성인 남성의 분변을 Reinforced clostridial media(RCM) 배지에 희석 도말한 후 37 ℃의 상온 혐기 배양 조건에서 배양하여 분리하였다.
Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1은 RCM 한천 배지에서 3일간 배양하면 최대 2 내지 3mm의 콜로니를 형성하고, 광학 현미경으로 관찰하였을 때 긴 막대 모양의 세포 모양을 보이는 특성이 있다. 도 1a 및 1b에 상기 콜로니 형태 및 광학 현미경을 이용한 세포의 형태 관찰 결과를 나타내었다. 도 1c에 주사전자현미경을 이용하여 세포의 형태를 촬영한 사진을 나타내었다.
실시예 2. 미생물의 계통분류학적 분석
2-1. 유전제 시퀀싱
실시예 1의 방법으로 분리된 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주를 RCM 액체 배지에서 37 ℃의 상온 혐기 배양 조건에서 1일간 배양 후, 원심분리하여 미생물을 수득하였다. FastDNA SPIN Kit for Soil (MP Biomedicals)를 이용하여 수득된 미생물로부터 전체 유전체를 분리하였다.
PacBio 시퀀싱 라이브러리 키트를 이용하여 시퀀싱 라이브러리 제작 후 PacBio RS II 플랫폼을 이용하여 전체 유전체 시퀀싱을 수행하고, 자사의 유전체 데이터 분석 플랫폼인 BIOiPLUG의 Whole Genome 분석 파이프라인을 이용하여 유전체 시퀀싱 정보를 분석하였다.
하기 표 1에 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주의 유전체 특성을 나타내었다. Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주의 전체 유전체 크기는 약 2.9Mbp이고, 단백질 암호화 부위(CDS)의 수는 2695개이며, GC 비율(GC ratio, %)은 56.1%로 나타났다. 전체 rRNA 유전자는 21개, 전체 tRNA 유전자는 69개로 나타났다.
Figure PCTKR2020004363-appb-T000001
2-2. 16S rRNA 분석을 이용한 계통 분류학적 분석
실시예 2-1의 방법으로 서열 분석된 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주의 rRNA를 분석하여 계통 분류학적 분석을 수행하였다. Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주의 16S rRNA 서열은 서열번호 1에 나타내었다.
구체적으로, EzBioCloud 데이터베이스의 16S-based identification for prokaryote 파이프라인을 이용 16S rRNA의 유사성 분석을 수행하였고, MEGA 프로그램을 이용하여 계통분류학적 분석을 수행하였다. 도 2a에 16S rRNA 유전자 뉴클레오타이드 서열을 분석하여 동정한 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주의 계통분류학적 위치를 표시하였다.
16S rRNA 유사도 분석 결과, Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주는 Faecalibacterium prausnitzii ATCC 27768(T)와 98%의 16S rRNA 유사성을 보였다. CLCC1의 계통분류학적 위치는 "퍼미큐테츠 (Firmicutes) 문, 클로스트리디아 (Clostridia) 강, 클로스트리데일즈 (Clostridiales) 목, 루미노코카씨에 (Ruminococcaceae) 과 이다.
2-3. 핵심 유전자를 이용한 계통 분류학 분석
실시예 2-1의 방법으로 얻은 유전체 서열 데이터를 이용하여 유전자 서열간 분석을 통한 계통 분류학 분석을 수행하였다.
구체적으로, 박테리아의 taxonomic marker로 사용될 수 있는 92개의 유전자들(up-to-date bacterial core gene (UBCG))의 유사성을 이용해 계통분류학 분석을 수행하였다. 상기 92개의 유전자는 UBCG(up-to-date bacterial core gene) 파이프라인에서 제공하는 유전자들을 의미한다 (Na, S. I., Kim, Y. O., Yoon, S. H., Ha, S. M., Baek, I. & Chun, J. (2018)).
도 2b에 92개 핵심 유전자를 분석하여 얻은 근연종과의 계통분류학적 위치를 나타낸 그림을 표시하였다.
2-4. 평균 뉴클레오타이드 일치도(Average Nucleotide Identity, ANI)를 이용한 유연관계 분석
실시예 2-1의 방법으로 얻은 유전체 분석 데이터를 이용하여, Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주와 근연종 간의 ANI 값을 비교하여 유연관계를 분석하였다.
구체적으로, ㈜천랩에서 제공하는 분석 플랫폼인 Genome-based identification for prokaryote (TrueBAC ID) 파이프라인을 이용하여 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주와 다른 근연종들 간의 전체 유전체 서열을 비교하여 유전체 유사도 값을 분석하였다.
도 2c에 ANI 값에 기반한 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주 및 근연종의 유연관계도를 나타내었다. 도 2d에 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주 및 근연종의 ANI값 비교 표를 나타내었다. 각 행과 열은 1은 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1, 2는 Faecalibacterium prausnitzii ATCC 27768(T), 3은 Fournierella massiliensis AT2(T), 4는 Intestinimonas butyriciproducens DSM 26588(T), 5는 Intestinimonas massiliensis GD2(T), 6은 Pseudoflavonifractor capillosus ATCC 29799(T), 7은 Ruthenibacterium lactatiformans 585-1(T), 8은 Subdoligranulum variabile DSM 15176(T), 9는 Gemmiger formicilis ATCC 27749(T)를 의미한다. 각 종명 뒤 (T)는 type strain을 의미한다.
Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주의 유전체 해독 및 근연종과의 비교 결과, CLCC1 균주는 전체 유전체 수준에서 가장 가까운 근연종인 Faecalibacterium prausnitzil과 유전체 수준에서 85.99%의 평균 뉴클레오타이드 일치도(average nucleotide identity, ANI) 값을 보여, 기존에 분리 및 보고되지 않은 신규한 종(species)임을 알 수 있다. 상기의 방법으로 동정된 Faecalibacterium 속 균주를 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1로 명명하였다.
실시예 3. 미생물의 지방산 함량 분석
Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주의 분자생물학적 특성을 분석하기 위해, Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주와 Faecalibacterium prausnitzii의 지방산(fatty acid) 구성을 비교하였다.
구체적으로, Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주와 Faecalibacterium prausnitzii 균주를 각각 RCM 배지에서 37℃ 온도 및 혐기 조건에서 배양 후, 약 40mg의 r균체를 이용해 Miller의 방법(Miller, L. T. (1982) J. Clin. Microbiol. 18, 861-867)에 따라 지방산을 얻었다.
상기 추출된 지방산의 분석에는 Agilent technologies 6890 Gas chromatography가 이용되었으며 separation column은 A30m X 0.320mm X 0.25μm Crosslinked Methyl siloxane column (HP-1)을 사용하였다. 도 3a에 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주와 Faecalibacterium prausnitzii 균주(ATCC 27768)의 지방산 구성을 비교한 가스 크로마토그래피 분석 결과 그래프를 나타내었다. 도 3a의 그래프에서 각 피크(peak)가 의미하는 지방산의 이름과 그 수치(%, w/v)를 하기 표 2에 나타내었다.
Figure PCTKR2020004363-appb-T000002
Figure PCTKR2020004363-appb-I000003
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 15:1 w8c 지방산, 19:0 cyclo w10c/19w6 지방산, 20:1 w9c 지방산, 14:0 3OH/16:1 iso I 지방산, 15:0 3OH 지방산, 16:0 iso 지방산 및 16:0 iso 3OH 지방산은 CLCC1 균주에서만 검출되었으며, 17:0 iso 3OH 지방산은 Faecalibacterium prausnitzii ATCC 27768 균주에서만 검출되었다.
상기 분자생물학적 특징 비교 분석 결과, Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주는 Faecalibacterium cancerinhibens에 포함되는 알려진 종인 Faecalibacterium prausnitzii와는 상이한 종임을 확인 할 수 있었다. 두 미생물의 지방산(fatty acid) 구성을 비교해보았을 때 두 미생물간 주요 지방산의 구성에 차이가 나는 것을 알 수 있고, 해당 결과는 도 3a와 표 2에 나타내었다.
실시예 4. 미생물의 극성 지질(Polar lipid) 분석
극성 지질(polar lipid) 구성을 비교하기 위해 박층 크로마토그래피(Thin layer chromatography, TLC) 분석을 수행하였다.
구체적으로, 50mg의 미생물 동결건조 시료로부터 Minikin의 방법(Minikin, D.E., et al. (1984). J Microbial Meth 2, 233-241.)을 이용해 극성 지질을 추출하였다. 그리고 클로로포름, 메탄올 및 물 65:25:3.8(v/v)의 비율인 용매(chloroform:methanol:water = 65:25:3.8(v/v)) 에서 1차 전개를 수행하였다. 이후, 클로로포름, 메탄올, 아세트산 및 물의 비율 40:7.5:6:1.8(v/v)인 용매(chloroform:methanol:acetic acid:water = 40:7.5:6:1.8(v/v)) 하에서 2차 전개를 수행하였다. 2차 전개 이후 5%(w/v) 에탄올릭 몰리브덴인산(ethanolic molybdatophosphoric acid)을 이용하여 염색하였다.
또한 극성 지질(Polar lipid)의 조성을 비교하였을 때 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1과 Faecalibacterium prausnitzii는 1개의 포스파티딜글리세롤(phosphatidylglycerol, PG), 2개의 알려지지 않은 인지질(unidentified phospholipids: PL1, PL2), 그리고 다수의 밝혀지지 않은 지질(unidentified lipid, L)을 가지고 있는 것을 확인하였다. 또한 CLCC1은 Faecalibacterium prausnitzii에는 없는 unidentified phospholipids (PL3)를 추가로 가지고 있는 것을 알 수 있는 것을 확인하였고 해당 결과는 도 3b에 나타내었다. 상기 결과에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1과 Faecalibacterium prausnitzii의 극성 지질 생산 패턴이 상이함을 알 수 있다.
실시예 5. 짧은 사슬 지방산(short chain fatty acid; SCFA) 분석
Faecalibacterium prausnitziiFaecalibacterium cancerinhibens CLCC1 미생물의 짧은사슬 지방산 생산 패턴의 차이점을 살피기 위해 한국 의과학연구원에 분석 의뢰를 하여 짧은 사슬 지방산 분포 분석을 수행하였다.
구체적으로, Faecalibacterium prausnitzii과 본 발명의 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주를 RCM 배지에서 16시간 배양 후, 원심분리 (4℃, 4,000 rpm, 10min)를 통해 세포를 침전시켜 상등액을 수집하였다. 상기 수집된 상등액은 0.22um 필터를 이용하여 필터링 후 냉장보관하였다. 상기 상등액으로부터 SCFA 분석을 위한 GC-MS용 시료는 Takeshi Furuhashi의 방법(Takeshi Furuhashi, et al., Analytical Biochemistry, Volume 543, 2018, Pages 51-54)을 이용하여 준비하였으며, GC-MS를 이용한 짧은사슬 지방산 분석에는 Agilent 사의 6890 시리즈 장비를 이용하였다.
Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1과 Faecalibacterium 속의 알려진 다른 종인 Faecalibacterium prausnitzii의 배양 상등액에 존재하는 짧은사슬 지방산(Short chain fatty acid, SCFA)을 비교 분석한 결과, 두 시료 모두에서 SCFA는 부티르산(butanoic acid)만 검출되었다. 또한 Faecalibacterium prausnitzii 시료에 비해 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 시료에서 7.8배 높은 함량의 부티르산(butanoic acid)이 검출되었다. 도 3c 내지 3d에 GC-MS 분석 결과 그래프를 표시하였다.
또한 각 시료 내 부티르산 비율로 보았을 때, Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 배양 상등액에서는 91.64%가 부티르산으로 나타났고, Faecalibacterium prausnitzii의 배양 상등액에서는 76.40%가 부티르산이었다. 표 3에 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주의 짧은사슬 지방산 분석 결과를, 표 4에 Faecalibacterium prausnitzii의 짧은사슬 지방산 분석 결과를 나타내었다. 하기 표 3 내지 표 4에 표기된 기타 물질은 물질 라이브러리 데이터베이스 상에서 탐지가 되기는 하였지만 매칭률(quality)이 매우 낮아 정확히 물질을 특정할 수 없는 노이즈 시그날로 분류되었다. 하기 표 3에서 RT는 머무름 시간(retention time)을 의미한다.
Figure PCTKR2020004363-appb-T000003
Figure PCTKR2020004363-appb-T000004
부티르산은 항암 활성이 있는 것으로 알려져 있으며, 본 발명의 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주는 Faecalibacterium prausnitzii에 비해 짧은사슬 지방산 중 부티르산의 생산량이 높아, 우수한 항암 활성을 나타냄을 예측할 수 있다.
실시예 6. 마우스 간암 세포주를 이용한 피하 종양 모델에서의 암 발생 억제 효능 시험
Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주의 암 발생 억제능을 확인하기 위해, 마우스 간암 세포주를 이용한 피하 종양 모델에서의 암 발생 억제 효능 시험하였다. 6주령 수컷 C57BL/6 마우스 10개체에서 간암 세포주 (Hep55.1c)의 피하 종양 이식 실험을 통해 간암을 발생시키고, 55일 동안의 간암 발생 과정에서 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주의 경구 투여가 간 암 세포의 성장에 미치는 영향을 살펴보았다. 상기 간암 세포주 Hep55.1c는 마우스 유래 간세포암(hepatoma)이다.
구체적으로, 마우스 간암 세포주를 마우스 피하 조직에 이식하기 4일 전부터 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1을 경구투여 하였다. 경구 투여 4일째에 마우스 간암 세포주(Hep55.1c)를 2.0 x 106 cells이 되게 하여 오른쪽 옆구리 피하 조직에 이식하였다.
상기 마우스 간암 세포주를 이용한 피하 종양 모델에 대해, 55일간 1일 1회, 주5회 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주를 경구 투여하였다. 이후 이식 당일(0일)부터 55일이 되기까지 7일 간격으로 Magnetic Resonance (MR)촬영을 이용하여 간암 종양의 크기 (tumor volume)를 측정하였다.
Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주는 RCM 배지에서 배양 후, 농축하여 PBS 버퍼와 글라이세롤을 이용해 최종 글라이세롤 농도 15%(v/v)가 되게 하여 냉동보관하였다. 그리고 마우스에 투여 직전 해동 후 마리당 200ul(2x108cells)이 되게 경구투여하였다. 대조군으로는 CLCC1 균주를 투여하지 않은 마우스 10개체를 사용하였다. 대조군은 균주가 포함되지 않은 PBS 및 글라이세롤 (15%, v/v) 용액을 200ul씩 경구투여 하였다.
하기 표 5 및 표 6에 피하 종양 모델에서 분리균주의 간암 발생 억제 효능시험에서 대조군과 시험균의 종양 크기 결과를 나타낸다. 표 5에는 대조군에 관한 종양의 부피(volume) 변화 결과이고, 표 6은 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주를 투여한 실험군 종양의 크기(volume) 변화 결과이다. 표에서 S.D는 표준편차를 의미한다.
Figure PCTKR2020004363-appb-T000005
Figure PCTKR2020004363-appb-T000006
도 4에 마우스에 암을 유도한 후 시간의 변화에 따른 종양의 부피(tumor volume)를 그래프로 나타내었으며, 상기 표 5 내지 6에 종양의 크기 변화를 수치로 나타내었다.
실험 결과, CLCC1을 경구 투여한 실험군에서 대조군에 비해 통계적으로 유의미하게 간암 발생 및 진행이 억제됨이 확인되었다. 평균적으로 대조군에 비해 CLCC1을 경구 투여한 실험군에서 종양의 부피가 19.5%에서 75.3%가량, 평균 32.9% 낮은 수치를 보여, Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주가 투여된 실험군에서의 간암 발생이 지연되고, 종양의 성장 진행 속도가 저해됨이 확인되었다.
또한 수술 후 첫 종양 크기 측정일인 4일에서, Faecalibacterium canceerinhibens CLCC1 균주를 투여한 실험군에서 종양의 크기가 대조군에 비해 확연히 작아, 암 발생 억제 효과가 있음을 확인할 수 있다.
따라서 경구 투여된 CLCC1 균주가 간암의 발생 및 진행을 억제하는 활성을 가짐을 알 수 있다.
실시예 7. 마우스 간암 세포주를 이용한 간 이식 모델에서의 암 발생 억제 효능 시험
Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주가 간암 세포의 성장에 미치는 영향을 살피기 위해, 8 주령 수컷 C57BL/6 마우스 4개체에서 간암 세포주의 간 이식 실험을 통해 간암을 발생시키고, 39일 동안의 간암 발생 과정에서 Faecalibacterium cancerinhibens 세균 CLCC1의 경구 투여가 간암 세포의 성장에 미치는 영향을 살펴보았다.
구체적으로, 간암 세포주는 Hep55.1c을 사용하였으며, 8주령의 수컷 C57BL/6 마우스의 상복부를 개복하여 간의 좌엽에 5.0 x 105 cells이 되도록 간암 세포주를 이식하였다. 간에 종양 세포주를 이식 후 4일간 회복 기간을 거친 후 MRI 촬영을 통해 종양의 크기를 확인하고, 종양이 잘 형성된 4마리를 선별하여 이후 실험에 사용하였다.
이식 수술 당일(0일)부터 39일간 CLCC1 균주를 실시예 4와 동일한 방법으로 준비하여 이식 수술을 완료한 마우스 4마리에 경구 투여하였으며, 대조군 4마리에는 CLCC1 균주를 투여하지 않았다. 대조군은 균주가 포함되지 않은 PBS 및 글라이세롤 (15%, v/v) 용액을 200ul씩 경구투여 하였다. 이후 주기적으로 종양의 크기와 상대적인 크기 및 성장의 상대 수치를 측정하였다.
종양의 크기는 7일 간격으로 자기공명 (Magnetic Resonance, MR) 촬영을 통해 측정되었으며, 종양 크기의 상대 수치는 이식 당일 종양 크기에 대한 상대적인 크기를 계산하여 도출하였다. 도 5a 내지 도 5c에 간 이식 모델에서의 CLCC1 균주의 암 발생 억제 효과 시험 결과와 그래프를 나타내었다.
도 5a는 종양의 크기를 직접 비교한 점그래프 및 꺾은선그래프, 도 5b는 종양의 크기 변화를 배수(fold)로 표현한 점 및 꺾은선 그래프, 도 5c는 종양의 크기 변화량(측정일 종양 크기와 이전 측정일 종양 크기의 차) 값을 나타낸 점 및 꺾은선 그래프이다.
그 결과 CLCC1를 경구 투여한 실험군에서 분리주를 투여하지 않은 대조군에 비해 통계적으로 유의미하게 간암 발생과 진행이 억제되는 것을 확인 하였다. 간 암 발생 억제에 대한 결과 및 종양의 크기 변화 데이터는 도 5a 내지 5c에 나타내었다.
표 7에 종양크기의 상대수치표 (Relative growth; Fold) 및 표 7에는 종양 성장의 상대수치표 (Relative growth; Delta)를 나타낸다.
Figure PCTKR2020004363-appb-T000007
Figure PCTKR2020004363-appb-T000008
표 7 및 표 8와 도 5a 내지 5b에서 확인할 수 있는 바와 같이, CLCC1 균주를 경구투여한 마우스의 종양 성장이 대조군에 비해 두드러지게 억제됨을 확인할 수 있었다. 따라서 패칼리박테리움 켄서인히벤스 CLCC1 균주가 종양의 성장 억제능이 뛰어남을 확인할 수 있다.
실시예 8. 인간 대장암 세포주를 이용한 마우스 피하 종양 모델에서의 항암 효과 확인
8-1. 항암 효과 확인을 위한 실험 방법
Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주의 암 발생 억제능을 확인하기 위해, 인간 대장암 세포주를 이용한 피하 종양 모델에서의 암 발생 억제 효능 시험하였다. 상기 대장암 세포주는 HCT-116 세포를 이용하였고, 마우스는 누드마우스 (CAnN.Cg-Foxn1nu/Crl0ri, SPF)를 이용하였다. 상기 HCT-116는 인간 유래 결직장암(colorectal carcinoma)에 해당하는 암세포주이다.
구체적으로, 1주일의 순화기간을 거친 마우스에 대장암 세포주 HCT-116 (2.5X107 cells/mL)을 일회용 주사기를 이용하여 마우스의 우측 등 피하에 0.2 mL/head씩 투여하여 이식하였다.
암 세포 이식 후 암 세포의 크기가 약 85~119mm3 까지 자랐을 때, CLCC1을 투여하지 않는 음성대조군과 CLCC1을 농도별로 투여하는 실험군 3 그룹에 해당될 마우스들을 군 당 10마리씩 분류하였다. 구체적으로, 실험군은 CLCC1의 농도에 따라 저, 중, 고의 세 그룹으로 나누었으며, 저농도는 2x106 cells/head, 중농도는 2x107 cells/head, 고농도는 2x108 cells/head의 농도로 F. cancerinhibens CLCC1 균주를 투여하였다. 균주의 투여는 36일간 매일 1회 주사기로 경구 투여하였다. 음성 대조군은 부형제(글리세롤이 15%(v/v) 포함된 PBS 용액)만을 투여하였다.
하기 표 9에 음성 대조군과 각 실험군의 정보를 나타내었다.
Figure PCTKR2020004363-appb-T000009
8-2. 미생물 투여에 따른 종양의 크기 변화 및 성장 억제율
F. cancerinhibens CLCC1 균주의 항대장암 효과를 확인하기 위해, 종양의 크기 변화를 확인하였다. 구체적으로, 실시예 7-1의 균주 투여 시험 시작 이후 매일 1회씩 외관, 행동, 배설물 등의 일반 증상을 관찰하였고, 주 1회 몸무게를 측정하였으며, 주 2회 종양의 크기를 측정하고 부피를 계산하였다. 도 6c 및 6d에 종양의 크기를 육안 관찰한 결과를 나타내었다.
상기 종양의 부피(Tv)는 종양의 단축(perpendicular width, W)과 장축(maximum length, L)을 각각 측정하여 하기의 수학식 3의 방법으로 계산되었다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2020004363-appb-I000004
36일에 걸쳐 종양의 부피 변화를 확인한 결과를 하기 표 10 및 도 6a에 나타내었다. 음성 대조군(G1)에 비해 CLCC1 균주를 투여한 실험군에서 모두 통계적으로 유의하게 종양의 크기가 감소한 것을 확인하였다. 하기 표 10에서, Mean은 평균 부피를, S.D.는 표준편차(standard deviataion)를 의미한다.
Figure PCTKR2020004363-appb-T000010
* p<0.05, Significant difference from the negative control group (G1) by Dunnett's t-test.
** p<0.01, Significant difference from the negative control group (G1) by Dunnett's t-test.
구체적으로, 미생물 투여를 시작한 당일(1일)의 평균 종양 크기는 4개 그룹에서 모두 105mm3로 같았으나, 36일 경과 후에는 음성 대조군에서 평균 종양 부피가 4330mm3로 나타난 반면, CLCC1 균주가 투여된 실험군에서는 모두 3000mm3 이하의 부피를 보여, 대조군 대비 약 60 내지 67%의 종양 부피를 가지는 것으로 확인되었는 바, 패칼리박테리움 캔서인히벤스 미생물의 대장암 성장 억제 효과를 확인하였다.
또한 종양의 무게 측정 결과를 바탕으로 각 실험군에서의 종양 성장 억제율(Tumor growth inhibition rate, IR)을 하기 수학식 1의 방법으로 계산하였다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2020004363-appb-I000005
상기 수학식 1에서, T는 각 실험군 그룹에서의 평균 종양 무게이고, C는 음성 대조군에서의 평균 종양 무게이다.
하기 표 11 및 도 6b에 균주 투여 실험의 종료 후 각 그룹에서의 종양 무게 측정 결과를 나타내었으며, 하기 표 12에 실험 진행에 따른 각 그룹 마우스의 평균 체중 측정 결과를 나타내었다.
Figure PCTKR2020004363-appb-T000011
** p<0.01, Significant difference from the negative control group (G1) by Dunnett's t-test
Figure PCTKR2020004363-appb-T000012
음성 대조군 (G1)에서는 부검 후 적출된 종양 무게가 약 3.21g으로 나타났으나, 실험군에서는 저, 중, 고농도에서 각각 1.94, 2.17 및 1.95g으로 나타나 종양 조직의 무게가 현저히 낮게 나타났다. 반면 각 그룹에서의 전체 체중은 대조군과 실험군 사이에서 큰 차이를 나타내지 않았다.
저농도의 실험군에서는 종양 성장 억제율이 39.6%, 중농도의 실험군에서는 종양 성장 억제율이 32.4%, 고농도의 실험군에서는 종양 성장 억제율이 39.3%로 나타나, 모든 실험군에서 종양의 성장이 30% 이상 억제되었음을 확인하였다.
8-3. 종양세포의 괴사(Necrosis) 및 세포자멸사(Apoptosis) 확인
36일간의 CLCC1 균주 투여 종료 후 부검하여 종양 조직 내 종양세포의 괴사(necrosis)를 보기 위한 H&E 염색(Hematoxylin & Eosin staining)과 세포자멸사(apotosis)를 보기 위한 TUNEL assay를 수행하였다.
도 6e에 종양 세포의 괴사 분석을 위한 H&E 염색 결과 사진을 나타내었다. 음성 대조군과 시험군간 종양 세포의 괴사 수준에는 큰 차이가 발견되지 않았다. 따라서 본원의 패칼리박테리움 캔서인히벤스 세포주는 종양의 괴사에 의한 염증 반응을 유발하지 않음을 알 수 있다.
도 6f에 종양 세포의 자멸사 분석을 위한 TUNEL 염색 분석 결과 사진을 나타내었다. 음성 대조군에 비해 패칼리박테리움 투여 실험군에서 종양 세포의 자멸사가 통계적으로 유의미하게 증가하였음이 확인되었다. 따라서 각 패칼리박테리움 투여군에서의 종양 부피 감소가 종양의 괴사에 의한 것이 아닌, 종양의 세포 자멸사에 의한 것으로서 염증반응을 유발하지 않음을 확인하였다.
하기 표 13에 종양세포의 괴사와 자멸사를 비교한 결과를 나타내었다. 하기 표에서 세포 사멸의 정도에 따라 ± 는 최소(minimal), + 는 약함(mild) ++는 보통(moderate), +++는 뚜렷함(marked), ++++는 심함(severe)을 나타낸다. 각 기호 아래에 해당 단계에 해당하는 사멸 세포의 개수를 나타내었다.
Figure PCTKR2020004363-appb-T000013
## p<0.01, Significant difference from the negative control group (G1) by Steel's t-test.
상기 표 13에서 확인할 수 있는 바와 같이, 대조군(Control, G1)에서는 약 10.33%의 세포 사멸 비율을 보였으며, 저농도의 실험군(G2)에서는 대조군과 유사한 세포사멸 비율을 보였으나, 중농도(G3) 및 고농도(G4) 실험군에서는 12.4% 이상의 세포사멸이 관찰되었다. 따라서 패칼리박테리움 캔서인히벤스 미생물의 투여로 인해 종양 세포의 자멸이 증가함이 확인되었다.
실시예 9: 대장암 피하 종양 모델을 이용한 Faecalibacterium 속 미생물의 효능 평가
(1)동물 모델 준비
CLCC1 균주의 투여 시 대장암에 대한 항암 효능을 확인하기 위해 대장암세포를 피하 이식한 마우스를 이용하였고 미국의 비임상 위탁시험 기관인 Champion' s oncology에서 시험을 수행하였다. 대장암 세포는 마우스 유래 대장암 세포주인 MC38 세포를 이용하였고, 마우스 strain은 C57BL/6 를 이용하였다. 상기 MC38 세포는 마우스 유래 결직장암(colorectal carcinoma)에 해당하는 암세포주이다. 시험 그룹은 아래와 같고, 그룹 당 10마리의 마우스가 포함되어 있다.
구체적으로 6주령 수컷 C57BL/6 마우스에서 대장암 세포주인 MC38 세포주 의 피하 종양 이식 실험을 통해 대장암을 발생시키고, 대장암 발생 과정에서 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주의 경구 투여가 대장암 세포의 성장에 미치는 영향을 살펴보았다.
(2) 시험 제제의 준비
실시예 8-1의 대조군 및 실험군의 시험 제제 제조방법과 실적으로 동일한 방법으로, 실시예 1의 Faecalibacterium cancerinhibens CLCC1 균주는 RCM 배지에서 배양 후, 농축하여 PBS 버퍼와 글라이세롤을 이용해 최종 글라이세롤 농도 15%(v/v)가 되게 하여 냉동보관하였다. 그리고 마우스에 투여 직전 해동 후 마리당 200ul 함량으로 저농도 생균 (2x107 cells/dose)(시료 1은 실시예 8-1의 G3에 상응)과 고농도 생균 (2x108 cells/dose) 마리당 200ul(2x108cells) (시료 2 은 실시예 8-1의 G4에 상응)이 되게 경구투여하였다. 대조군으로는 CLCC1 균주를 투여하지 않은 마우스 10개체를 사용하였다.
시료 3은 상기 제조된 시료 2를 100℃ 온도의 오븐에서 2시간 동안 처리하여 고농도 사균 (2x108 cells/dose)으로 사용하였다.
(3) 효능평가
도 8의 시험 디자인에 나타낸 바와 같이, 대조군과 시료 1 내지 3의 시험제제를 암세포 접종하기 2주전부터 투여를 시작하여 총 40일간 1일 1회 투여하였다. 구체적으로, 대조군과 시료 1 내지 3의 시험제제를 40일간 1일 1회씩 경구 투여하였으며, 투여 시작일로부터 14일 경과 후에, 대장암 세포(5x105 MC38 cells in 0.1ml PBS)를 왼쪽 옆구리의 피하 조직에 접종하고 1주일간의 생착기간을 거친 후, 종양의 크기를 관찰을 22일째부터 시작하여 40일째까지 18일간 수행하였다. 종양 관찰의 시작일인 22일을 0일로 간주하여 18일간 Magnetic Resonance (MR)촬영을 이용하여 대장암 종양의 크기 (tumor volume)를 측정하였다. 종양의 크기 변화는, 암 세포 생착 후 22일 동안 종양의 장축 (maximum length, L)과 단축 (perpendicular width, W)을 측정하고, 다음의 수학식 3에 대입하여 종양의 부피 (tumor volume, TV)를 계산하였다. 상기 18일간 측정된 종양 부피를 하기 표 13과 도 7에 나타냈다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2020004363-appb-I000006
상기 식에서 L은 종양의 장축 (maximum length, L)이고, W2는 단축 (perpendicular width, W)을 의미한다. 대조군의 종양 부피 기준으로 상대적인 시료의 종양 부피는 하기 수학식 2으로 계산하였다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2020004363-appb-I000007
하기 표 13에서, Mean은 평균 종양 부피를, S.D.는 표준편차(standard deviataion)를 의미한다. 표 13는 대조군, 시료 1 내지 3에 따른 분리 균주를 대장암 세포주를 이식한 피하 종양 모델에서 종양 부피(volume) 변화 결과이다.
Figure PCTKR2020004363-appb-T000014
상기 결과, 대조군 대비 시료 1 내지 3의 균주를 투여한 그룹에서 얻어진 종양 부피변화를 도 7에 각각 나타냈다. 측정 마지막 날을 기준으로 하여, 대조군의 종양 부피를 100%로 설정하여 시료 1 내지 시료 3의 종양 부피를 퍼센트로 계산한 결과, 시료 1은 89.9% (10.1% 감소), 시료 2는 74.2% (25.8% 감소), 시료 3은 75.9% (24.1 감소)로서, 시험 결과 대조군에 비해 CLCC1을 투여한 대장암 모델 마우스에서 통계적으로 유의하게 종양의 성장이 억제됨을 확인하였다.
CLCC1의 사균체를 투여하였을 때도 통계적으로 유의하게 종양의 성장이 억제됨을 확인하였다. 또한, CLCC1 균주의 생균을 사용하나 농도를 상이하게 설정한 시료 1과 시료 2의 종양 부피 감소를 살펴보면, 동일 실험 조건에서 농도 의존적 방식으로 항암 활성이 증가함을 확인할 수 있었다.
또한, 시험 제제를 투여한 날 이후 1~3일 간격으로 외관, 몸무게, 행동, 배설물 등의 일반 증상을 관찰하였다. 시험은 시험제제 투여 후부터 총 40일 간 수행되었으며, 암 세포 생착 후 18일간 관찰하였다. 상기 측정된 실험 동물의 몸무게(Kg)을 하기 표 15에 나타냈다.
Figure PCTKR2020004363-appb-T000015
실험 동물의 전체 몸무게는 암세포 생착 이후 대조군 그룹에 해당하는 마우스들의 몸무게가 시험군들보다 낮은 경향을 보이나, 전체적으로는 대조군과 시험군 간에 큰 차이가 없었다.
Figure PCTKR2020004363-appb-I000008

Claims (16)

  1. 서열번호 1의 뉴클레오타이드 서열과 97 %이상의 서열 동일성(identity)을 갖는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 16S rRNA 유전자를 포함하는 패칼리박테리움 속 미생물(Faecalibacterium spp.).
  2. 제1항에 있어서, 상기 미생물은 15:1 w8c 지방산, 19:0 cyclo w10c/19w6 지방산, 20:1 w9c 지방산, 14:0 3OH/16:1 iso I 지방산, 15:0 3OH 지방산, 16:0 iso 지방산 및 16:0 iso 3OH 지방산으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 지방산을 포함하는 것인 패칼리박테리움 속 미생물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 미생물은 17:0 iso 3OH 지방산을 포함하지 않는 것인 패칼리박테리움 속 미생물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 미생물은 종양의 성장 억제 활성 또는 암 세포의 세포사멸사(apoptosis)을 유발하는 항암 활성을 갖는 것인 패칼리박테리움 속 미생물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 미생물을 암 세포주를 이식한 동물 모델에 투여하였을 때, 미생물을 투여하지 않은 대조군에 비하여 상대적인 종양 부피의 감소율은 5% 이상인 패칼리박테리움 속 미생물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 미생물을 암 세포주를 이식한 동물 모델에 투여하였을 때, 미생물을 투여하지 않은 대조군에 비하여 종양 무게에 따른 종양 성장 억제율이 5%이상인 패칼리박테리움 속 미생물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 미생물은 25 내지 40℃의 온도 및 혐기 조건 하에서 배양되는 것인, 패칼리박테리움 속 미생물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 미생물은 패칼리박테리움 캔서인히벤스인 것인, 패칼리박테리움 속 미생물
  9. 제8항에 있어서, 상기 미생물은 수탁번호 KCTC 13783BP로 기탁된 패칼리박테리움 캔서인히벤스인, 패칼리박테리움 속 미생물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 패칼리박테리움 속 미생물(Faecalibacterium spp.)의 균체, 상기 미생물의 배양물, 상기 미생물의 파쇄물, 및 상기 균체, 배양물 또는 파쇄물의 추출물로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 유효성분을 포함하는, 항암 조성물.
  11. 제10항에 있어서, 상기 조성물은 종양의 성장 억제 활성 또는 암 세포의 세포사멸사(apoptosis)을 유발하는 것인, 조성물.
  12. 제10항에 있어서, 상기 암은, 식도암, 담낭암, 간암, 담도암, 췌장암, 위암, 소장암, 대장암, 결장암, 항문암, 직장암, 백혈병, 전립선암, 유방암, 방광암, 신장암, 다발성골수종, 자궁경부암, 갑상선암, 난소암, 요도암, 골육종, 교모세포종, 뇌종양 또는 림프종인 조성물.
  13. 제10항에 있어서, 상기 암은 대장암 및 간암으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상인 것인, 조성물.
  14. 제10항에 있어서, 상기 항암 조성물은 약학적 조성물 또는 식품 조성물인 조성물.
  15. 제10항에 있어서, 상기 조성물은 프로바이오틱스인 조성물.
  16. 제15항에 있어서, 상기 조성물은 프로바이오틱스와 프리바이오틱스를 포함하는 것인 조성물.
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