과학연구에서 가장 많이 연구하는 분야 중 하나는 항암물질이다. 그만큼 전 세계가 관심을 갖는다. 멸종 위기 식물 '포도필룸'의 독소에는 항암물질을 이루는 성분이 있다. 따라서 항암제를 '양식'할 수 있는 시대가 열렸다.
▧ 식물을 통해 추출하는 항암물질, 대량 생산 가능할까?
해발 4000m 고지에서 서식하는 멸종 위기의 포도필룸은 쉽게 구할 수 있는 식물이 아니다. 그래도 사람들은 포기하지 않고 찾아 다닌다. 그 유독식물이 포도필로톡신을 자연 생성하기 때문이다. 포도필로톡신은 에토포시드의 예비 화합물이다. 에토포시드는 세계보건기구(WHO)에서 필수 의약품으로 분류돼 각종 암 치료에 사용된다. 최근 그 핵심 원료인 포도필룸의 유전적 구성 성분을 과학자들이 알아냈다. 그리고 그것을 값싼 배지(培地)에 이식했다. 이론상 그 약을 싸게 대량 생산할 수 있다는 의미다.
스탠퍼드대학 연구팀은 포도필룸의 유전체 지도를 작성한 뒤 그 식물의 어떤 단백질이 포도필로톡신 생산을 담당하는지 알아냈다. 잎이 손상을 입을 때만 포도필로톡신이 만들어진다는 점에 주목했다. 공격에 맞선 화학적 방어수단이다.
연구팀들이 잎에 구멍을 내자 31종의 새 단백질이 나타났다. 그 뒤 연구팀은 새로운 기법을 조합해 잎에 상처가 생겼을 때 어떤 효소가 어떤 단백질을 만들어내는지 알아냈다. 마침내 갖가지 효소의 조합을 시도한 끝에 포도필로톡신을 생산하는 단백질 10종의 정확한 결합을 찾아냈다.
그 뒤 이들 단백질을 흔하고 값싼 대안 식물로 옮기는 데 성공했다. 아이러니컬하게도 그들의 선택은 니코티아나 벤타미아나였다. 피할 수 있는 암 유발인자 중 첫 번째인 담배 식물의 가까운 친척이다. 엘리자베스 새털리 연구원은 그것을 식물 생물학자들이 널리 연구했고 조작하기 쉽다는 점을 선택의 이유로 들었다. 새털리 연구원은 학술지 [사이언스]에 발표된 그 최신 연구 논문의 대표 저자이자 스탠퍼드 대학 화학공학과 조교수다.
비용이 적게 들고 확장성 있는 생체, 즉 효모에서 그 항암제를 배양하는 게 연구의 목표다. 식물에서 약제를 추출해 효모에 이식하는 기법은 전에도 사용된 적 있다. 그 기법을 이용해 전통적인 모르핀 생산 기법의 10% 비용으로 아르테미시닌과 하이드로코돈을 만들어냈다. 아르테미시닌은 말라리아 치료용으로 WHO가 추천하는 약, 하이드로코돈은 모르핀과 밀접한 연관성을 가진 진통제다.
생체에서 어떤 약을 배양하기 전에 먼저 그것을 만드는데 필요한 효소를 알아내야 한다. 조사에서 개발한 효소식별 기법을 이용해 다른 필수 의약품들도 대량 공급할 수 있다고 새털리 조교수는 말한다. 예컨대 난소암·유방암, 비소 세포폐암 치료에 사용되는 파클리탁셀(브랜드명 택솔)은 특정 유형의 주목 껍질과 침엽에서 추출한다. 택솔 900g을 얻는 데 대략 9㎏의 말린 나무껍질이 필요하다. 그리고 나무 한 그루에서 나오는 나무껍질은 900g에 불과하다. 한편 화학적 합성 방법으로는 전 세계에 필요한 만큼 약을 대량 생산할 수 없었다. 이 신기법이 그 역할을 대신할 수 있다. “식물에서 추출하는 대다수 항암제는 대량 생산이 대단히 어려웠다”고 새털리 조교수가 말했다. “배양하기 쉬운 숙주를 조작해 이 같은 분자들을 만들어내는 기술이 혁신적인 변화를 가져올 수 있다.”
식물에서 항암물질을 추출해 양식한다는 것은 화학 항암치료에 힘들고 지쳐있을 암 투병 환자들에게 기쁜 소식이다. 적은 비용으로 암을 물리칠 항암제를 대량으로 생산해낼 날을 손꼽아 오길 기다려 본다.
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