【브레이크뉴스 포항】박영재 기자=POSTECH(포항공과대학교) 연구진이 자폐 스펙트럼 장애(ASD) 발병에 관여하는 장내 미생물과 면역 반응 메커니즘을 세계 최초로 규명했다. 이번 성과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 최근 게재됐다.

▲ 자폐증상 완화 기능을 지닌 장내세균/프로바이오틱스의 작동 기작: 과잉행동 장애를 일으키는 Glutamate/GABA의 불균형과 과도한 염증 반응 억제를 통해 자폐증과 연관된 과잉 신경반응 및 염증 억제 유도를 통해 증상 완화를 유도함. 장-면역-뇌의 밀접한 연관성을 타겟으로 하는 새로운 치료법을 제시함. 즉, 장내 세균 → 면역 반응 → 뇌 염증 → 행동 변화로 이어지는 ‘장-면역-뇌 축(Gut-Immune-Brain Axis)’이 자폐증의 핵심 경로임을 규명하였음.  © 포스텍

생명과학과·융합대학원의 임신혁·김태경 교수와 생명과학과 박철훈(John Chulhoon Park) 박사 연구팀은 유전자 변형 ASD 동물 모델을 무균 상태에서 제작해 분석한 결과, 장내 미생물이 없을 경우 자폐 특유의 행동 이상이 나타나지 않는다는 사실을 밝혀냈다. 이를 통해 장내 미생물이 자폐증 증상 발현에 필수적이라는 점을 입증했다.

연구팀은 장내 미생물이 뇌 속 면역세포의 염증 반응을 촉진하고 특정 T세포가 자폐증 발현에 핵심 역할을 한다는 사실도 규명했다. 실제로 이 면역 경로를 차단했을 때 신경 염증이 줄고 행동 이상이 완화됐다. 또한 장내 미생물이 신경전달물질인 글루타메이트(glutamate)와 가바(GABA)의 균형을 깨뜨려 뇌 기능에 영향을 미친다는 점도 확인했다.

이를 토대로 연구팀은 AI 기반 대사산물 예측 모델을 개발해 글루타메이트를 흡수하고 가바를 생성하는 프로바이오틱스 균주 ‘락토바실러스 루테리(L. reuteri IMB015)’를 발굴했다. 해당 균주를 투여한 결과, 대사 균형이 회복되고 신경 염증이 감소했으며 ASD 관련 행동 이상이 예방되는 효과가 입증됐다.

임신혁 교수는 “자폐증을 단순한 유전 질환이 아닌, 장내 미생물 조절을 통해 관리할 수 있는 면역-신경계 질환으로 바라보게 하는 전환점을 마련했다”고 설명했다.

이번 연구는 POSTECH 연구진과 임 교수 주도의 ㈜이뮤노바이옴 간 산학협력으로 수행됐다. 이뮤노바이옴은 난치성·자가면역 질환 치료를 위한 생균 기반 치료제 개발에 주력하고 있으며, 연구팀은 앞으로 임상시험을 통해 자폐증 개선을 위한 프로바이오틱스 및 생균제 치료제 개발을 이어갈 계획이다.

이번 성과는 ㈜이뮤노바이옴, 한국연구재단 중견연구(유형2) 사업 및 기초과학연구소 지원을 받아 수행됐다.

<구글 번역으로 번역한 영문 기사의 전문 입니다. 번역에 오류가 있을 수 있음을 밝힙니다.>

POSTECH Research Team Identifies Autism Pathogenesis Mechanism, Suggesting Treatment Possibility through Gut Microbiota Modulation

Researchers at Pohang University of Science and Technology (POSTECH) have for the first time identified the gut microbiota and immune response mechanisms involved in the development of autism spectrum disorder (ASD). This finding was recently published in the international journal Nature Communications.

The research team, led by Professors Im Sin-hyeok and Kim Tae-kyung of the Department of Life Sciences and the Graduate School of Convergence Engineering, and Dr. John Chulhoon Park of the Department of Life Sciences, created a genetically modified ASD animal model under sterile conditions and analyzed it. They found that autism-specific behavioral abnormalities did not develop in the absence of gut microbiota. This demonstrated that gut microbiota is essential for the development of autism symptoms.

The research team also discovered that gut microbiota promotes inflammatory responses in immune cells in the brain, and that specific T cells play a key role in the development of autism. Indeed, blocking this immune pathway reduced neuroinflammation and alleviated behavioral abnormalities. They also confirmed that gut microbes disrupt the balance of the neurotransmitters glutamate and GABA, thereby affecting brain function.

Based on this, the research team developed an AI-based metabolite prediction model and identified a probiotic strain, Lactobacillus reuteri (L. reuteri IMB015), that absorbs glutamate and produces GABA. Administration of this strain demonstrated the following effects: restoring metabolic balance, reducing neuroinflammation, and preventing ASD-related behavioral abnormalities.

Professor Lim Sin-hyeok explained, "This represents a turning point in viewing autism not simply as a genetic disorder, but as an immune-neurological disease that can be managed through gut microbiome regulation."

This research was conducted through an industry-academia collaboration between researchers at POSTECH and Immunobiome Inc., led by Professor Lim. Immunobiome focuses on developing probiotic-based therapeutics for the treatment of intractable and autoimmune diseases. The research team plans to continue developing probiotics and probiotic treatments for autism through clinical trials.

This achievement was supported by Immunobiome, Inc., the National Research Foundation of Korea's Mid-Career Researcher (Type 2) Program, and the National Institute for Basic Science.