[헬스코리아뉴스 / 이지혜] 합성생물학으로 재설계된 효모에서 항암제를 제조해냄에 따라 코로나19 팬데믹 기간동안 발생한 의약품 공급 문제를 해결할 수 있을 것이란 기대감이 나온다. 

국가생명공학정책연구센터는 최근 ‘의약물질 공급 문제를 해결할 수 있는 합성생물학 기반의 미생물 공급망’ 리포트를 통해 현재 식물에서 공급되는 필수 의약품이 유전적으로 재설계된 효모에 의해 생산될 수 있다고 밝혔다. 

코로나19 팬데믹 기간 발생한 공급망 문제는 의약품 공급에도 영향을 미쳐 2019~2021년 항암제인 빈블라스틴(vinblastine)과 빈크리스틴(vincristine)의 부족으로 인해 대체 의약품이 없는 상황에서 많은 어린이와 성인의 암 치료가 중단됐다.

해당 항암제는 식물에서 추출한 물질을 화학적으로 결합해 생산되는데, 생산에 필요한 빈카 알칼로이드(vinca alkaloids)라는 물질의 공급은 식물 질병, 자연재해, 감염병 및 글로벌 물류 중단과 같은 요인에 취약하다. 

연구팀은 합성생물학을 이용해 이러한 공급망 문제를 해결하고 항암제를 지속적으로 생산해낼 수 있는 방법을 찾고자 연구를 진행했다. 

합성생물학은 현재까지 알려진 생명정보와 생물 구성요소 및 시스템을 바탕으로 기존 생물 구성요소 및 시스템을 모방해 변형하거나 기존에 존재하지 않던 생물 구성요소와 시스템을 설계, 구축하는 것을 말한다. 표준화된 생물학적 부품을 이용해 새로운 생물 구성요소 및 생물 시스템 자체를 합성하는 분야다.

연구팀은 항말라리아제인 아르테미시닌(artemisinin), 오피오이드(opioid) 진통제, 의약용대마(cannabinoids) 등 현재 식물에서 공급되는 필수 의약품이 유전적으로 재설계된 효모에 의해 생산될 수 있다는 연구를 참고해 해당 방식과 유사한 접근 방식을 사용, 항암제 빈블라스틴의 생합성 경로를 효모 안에 재설계해 항암제를 제조했다. 천연물질의 구조적 복합성은 기존의 화학합성보다 미생물합성으로 구현하기가 더 쉽다. 

빈블라스틴 생합성 경로는 31단계로 매우 복잡하므로 작업의 단순화를 위해 경로를 3개의 모듈로 나누어 효모를 만든 뒤 3개 모듈을 모두 포함하는 최종 균주를 제작했다. 연구에 사용된 효모는 설탕, 아미노산과 같은 저렴하고 재생가능한 물질을 사용했다. 

총 56개의 유전자 편집이 수행됐고 최종 균주는 식물에서 유래된 34개 유전자의 발현뿐만 아니라 생산 역량을 개선하기 위해 10개의 효모 유전자를 재설계해 항암제 빈블라스틴을 제조해냈다. 

연구팀은 “이번 연구를 통해 최적화한 효모 균주가 항암제를 생산하기 위한 유용한 플랫폼이 될 것으로 기대된다”며 “합성생물학에 의해 재설계된 생합성 경로는 식물에서의 자연적인 경로보다 더 높은 효능 또는 더 적은 부작용과 같은 개선된 약리학적 특징을 가질 수 있도록 보완할 수 있다”고 전망했다. 

이어 “발효액에서 최종 산물의 농도를 높이고 생산속도를 높이기 위해서는 광범위한 최적화 연구와 더불어 대규모 발효 및 효율적인 정제 공정도 필요하다”고 덧붙였다. 

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