이 연구 주제는 장내 공생미생물이 숙주의 면역계와 어떻게 상호작용하며 염증 반응과 항상성을 조절하는지를 분자 수준에서 규명하는 데 초점을 둔다. 특히 장 점막 환경에서 중요한 역할을 하는 미생물의 분비 인자와 표면 분자가 면역세포의 기능을 어떻게 바꾸는지 분석함으로써, 건강 유지와 질환 발생의 경계에서 작동하는 핵심 생물학적 원리를 밝히고자 한다. 연구실의 대표 성과로는 Akkermansia muciniphila 유래 인자가 면역 항상성을 감시하고 조절하는 기능을 가진다는 점을 제시한 바 있으며, 이는 장내 미생물이 단순한 공생체를 넘어 기능성 생체조절자로 작동할 수 있음을 보여준다. 방법론적으로는 미생물 분리 및 배양, 단백질 발현과 분비체 분석, 면역세포 기능 분석, 동물질환모델 검증을 통합하는 분자세포생물학적 접근이 활용된다. 특히 대식세포 극화, IL-10 생성, TLR2 신호전달, MAPK 및 PI3K/AKT 경로 활성화와 같은 면역 신호축을 정밀하게 추적하여, 특정 미생물 유래 단백질이 항염증 반응을 유도하는 기전을 체계적으로 해석한다. 이러한 연구는 장내 미생물과 숙주 사이의 기능적 인터페이스를 밝히는 데 중요한 기반이 된다. 응용 측면에서는 염증성 장질환, 면역 불균형 질환, 대사성 염증 질환의 예방 및 치료 전략으로 확장될 가능성이 크다. 특정 균주 또는 미생물 유래 기능성 단백질을 기반으로 한 바이오치료제, 프로바이오틱스, 정밀 영양 개입 기술 개발이 가능하며, 개인별 장내 미생물 구성을 고려한 맞춤형 면역조절 플랫폼으로도 이어질 수 있다. 따라서 본 연구는 기초 미생물학과 면역학을 연결할 뿐 아니라 실제 치료 응용으로 이어지는 번역연구의 성격을 강하게 가진다.

이 연구 주제는 장내 마이크로바이옴이 우울증, 자폐 스펙트럼 장애, 불안, 신경발달 이상과 같은 뇌신경질환의 발생 및 진행에 어떤 영향을 미치는지를 밝히는 융합연구 분야이다. 연구실은 장내 미생물 조성이 숙주의 유전적 배경, 신경구조 변화, 행동학적 표현형과 긴밀하게 연결되어 있다는 관점에서 출발하여, 장-뇌 축의 생물학적 기전을 통합적으로 탐구한다. 특히 우울증과 자폐증 등 스트레스성 뇌신경질환과 장내 미생물 및 대사체의 상관관계를 규명하는 대형 연구과제를 수행하고 있어, 해당 분야가 연구실의 핵심 정체성 중 하나임을 보여준다. 구체적으로는 유전자 결손 동물모델, 행동 분석, 장내 미생물 군집 분석, 뇌 조직의 형태학적 평가, 전사체 분석 등을 결합하여 미생물과 뇌 기능 사이의 인과관계를 검증한다. Akkermansia muciniphila가 Negr1 결손 마우스에서 나타나는 신경세포 위축과 우울·불안 유사 행동을 완화했다는 연구는, 특정 미생물이 단순한 상관관계가 아니라 실제로 신경회로와 행동을 조절할 수 있음을 보여주는 중요한 사례다. 또한 장내 면역 상태와 뇌 대사 변화가 동시에 조절된다는 결과는 장-면역-뇌의 다층적 연결 구조를 시사한다. 이 연구는 향후 뇌신경질환의 새로운 진단 지표와 치료법 개발로 이어질 가능성이 높다. 장내 미생물 또는 미생물 유래 대사물질을 바이오마커로 활용하여 조기 진단 체계를 만들 수 있고, 기능성 균주를 이용한 마이크로바이옴 기반 치료제 개발도 가능하다. 더 나아가 유전적 소인과 마이크로바이옴의 상호작용을 함께 고려하는 정밀의료 전략으로 확장될 수 있어, 기존의 신경과학과 미생물학을 융합하는 차세대 연구 영역으로 평가된다.

이 연구 주제는 미생물학을 기반으로 하되, 세포사멸, 산화스트레스, 단백질 기능, 유전자 발현 조절과 같은 분자세포생물학적 현상을 질환 맥락에서 해석하는 데 초점을 둔다. 연구실의 논문들은 심근경색 상황에서 GPX4 감소와 페롭토시스의 연관성을 밝히거나, 면역세포 발달과 항체 관련 유전자 재배열 기전을 다루는 등 넓은 생명과학 스펙트럼을 보여준다. 이는 연구실이 특정 질환 하나에 국한되기보다 세포 수준의 핵심 메커니즘을 규명하고 이를 질병 이해로 연결하는 연구 전통을 갖고 있음을 의미한다. 연구 접근은 정량적 단백질체 분석, RNA-seq, qRT-PCR, 세포주 및 일차세포 기반 기능 실험, 유전자 조작 동물모델 활용 등 현대 분자생물학의 다양한 도구를 포괄한다. 예를 들어 심근경색 모델에서 글루타티온 대사 경로와 ROS 반응의 저하를 분석하고, GPX4의 전사 조절 및 지질과산화 축적을 통해 페롭토시스 유도 과정을 설명한 연구는 질병 기전 연구의 정밀성을 잘 보여준다. 이러한 역량은 기능성 미생물 연구에서도 그대로 적용되어, 특정 균주의 분자적 작용기전을 설계하고 검증하는 기반이 된다. 응용적으로는 질환 표적 발굴, 치료 후보물질 탐색, 기능성 균주 산업화로 이어질 수 있다. 실제로 Akkermansia muciniphila m3-2 균주와 그 용도에 대한 특허는 연구실의 기초연구가 실용화 단계로 확장되고 있음을 보여준다. 따라서 본 주제는 분자세포생물학적 기초 연구와 미생물 기반 바이오소재 개발을 연결하는 축으로서, 의생명 연구와 바이오산업 양쪽에서 높은 파급력을 가진다.