생명공학의 진보로 단클론항체, 효소, 혈액단백질과 같은 광범위한 약물들에 필수적인 치료 단백질 생산이 도움을 받고 있다. 이런 생의약물 수요가 증가할 것으로 예상되고 있어서 전 세계 연구자들은 다량의 비용절감적인 방법으로 확보할 수 있는 방법을 찾고 있다. 한 가지 해결책은 식물로 만드는 의약물인데, 생산 및 저장 비용이 싸고 대량 생산이 쉬우며 동물 유래 방법보다 안전하다는 이점을 가지고 있다.

이점 요소

의료용으로 식물을 사용한 역사는 수천 년을 거슬러 올라간다. 하지만 식물을 유전적으로 조작해서 원하는 생의약물을 생산하는 것은 아주 최근의 일이다. 대개는 약물을 강력한 화학반응으로 합성하거나 텍솔이나 커쿠민처럼 천연자원에서 뽑아낸다. 상용 단백질 생산에 이용되는 기존의 시스템은 미생물 발효나 포유동물 세포주에 의존해왔지만, 연구에 따르면 이런 시스템들은 비용, 생산부하 증대, 안전성 측면에서 불리하여 대안 연구가 계속되어 왔다.

피엠피(PMPs=plant-made pharmaceuticals)라고도 하는 식물유래 의약물은 살아있는 식물에서 만들어지는 의약단백질군을 지칭한다. 이 식물들은 약물을 생산하도록 유전적으로 조작된 것이다. ICGEB 식물형질전환단장 V. Siva Reddy 박사는 식물이 자체적으로 다량의 단백질을 생산할 수 있다고 말한다. 식물은 유전자를 조작주거나 특정 단백질을 발현하는 유전자를 도입하는 방식으로 아주 수익성이 높게 단백질을 발현할 수 있다. 그렇기 때문에 의약물을 다량으로 생산할 수 있고 순도를 크게 높일 수 있는 것이다.

식물은 생물학적 약제들을 위한 가장 유망한 일반생산 단상 가운데 하나로 부상해왔다. 내생독소나 인간 병원균에 오염될 위험 없이 식물은 농업적 규모로 재조합 단백질을 비용효과적으로 생산할 수 있다. 게다가, 재조합 단백질 생산에 식물을 사용할 경우 백신 후보자를 먹을 수 있는 식물 기관에서 발현되게 할 수 있어 그대로 먹거나 조금 가공해서 먹을 수 있다. 하지만 효과적인 측면에서는 기존의 약물과 다를 게 없다는 것이 Reddy의 설명이다.

피엠피(식물유래의 약물) 뒤의 기술

피엠피 생산공정에서 식물은 그 자체가 약물 단백질을 제조하는 공장으로서 작용한다. 특정 단백질이나 화합물이 잎, 종자, 종자나 잎의 특정 부위 같은 식물의 어떤 특정 조직에서 발현된다. 원하는 외래 유전자를 식물 게놈에 삽입하여 유전자도입식물을 만들어내고 단백질, 탄수화물 혹은 지질로 이루어진 의약물이 뿌리, 종자 혹은 세포 속의 작은 봉입물로 발현되어 저장되도록 할 수 있다고 생물공학부 Department of Biotechnology(DBT) 소장은 설명한다. 식물은 수확하여 일련의 추출, 분리, 순화, 포장 공정을 거치게 된다.

식물에서 원하는 단백질을 생산하는 데에는 대상 단백질 유전자에 적당한 프로모터를 융합시켜서 발현 복합구조를 만드는 수많은 복잡한 분자생물학 기술이 필요하다. 이 유전자도입 기술로 적당히 발현되는 복합구조를 식물 세포에 도입한다. 형질전환된 세포는 현탁세포로 배양되거나 유전자도입 식물로서 재생된다. 단백질이 많이 발현되는 것을 선발하여 단백질 생산에 쓰게 되는 것이다. 정제된 의료단백질은 최종적으로 많은 의약에서 활성성분으로 쓰이고 FDA의 규제를 받는다.

피엠피에서 식물은 단백질이 생산되는 공장이나 창고이다. 보통의 제약회사가 사용하고 있는 추출, 순화, 제형 기술이 그대로 쓰일 수 있다. 대개 피엠피 포장시험에서 생산되는 의료 단백질은 식품으로 투여되지는 않지만 어떤 것은 먹을 수 있고 어떤 것은 주사해야 한다.

생산 기반

잎, 종자, 괴경, 조직배양세포에서 핵단백질과 바이러스성 매개자로 단백질을 발현시키는 여러 식물기반 단백질 생상 기반은 각각 장단점을 가지고 있다. 옥수수, 담배, 벼, 콩, 밀, 보리, 옥수수 같은 작물은 유전적으로 변형시켜서 식물의 여러 기관에서 단백질을 생산할 수 있다. 과학자들은 식량작물을 선호하는데 그 이유는 이 작물들의 유전학, 농학, 환경적 영향을 잘 알 수 있기 때문이다.

잎을 먹는 작물들이 생물량 수량 측면에서는 이점을 가지고 있으며 잎에서의 단백질 발현이 불안정하고 수확물을 오래 보존할 수 없어서 곡물 종자에서 발현시키는 것을 선호하고 있다. 곡물 종자에서는 단백질분해를 막을 수 있고 상온에서 3년 간 냉장온도에서 최소 3년 간 큰 손실 없이 활성을 보존할 수 있다. 곡물기반 단백질생산의 산업 선두인 프로디진(Prodigene)은 생물량이 높은 이유로 옥수수를 선택했다.

단백질 생산에 좋은 기주로서 또 다른 식물단은 기름 작물들이다. 유체들이 단백질 분리를 쉽게 해줄 수 있기 때문이다. 셈바이오시스 제네틱스(SemBioSys Genetics)는 올레오신-융합 기반을 개발했다. 여기서는 대상 재조합 단백질이 유채 작물에서 올레오신 oleosin과 융합하여 생산된다. 그러나 이 회사는 생물반응기 안에서 빠르게 자라는 싹기름 식물로 재조합 단백질을 분리하는 시도를 하고 있다.

담배가 도움이 되다.

놀랍게도 담배는 잘 확립된 발현기주로서 강력한 형질전환절차가 이용 가능하다. 담배는 높은 생물량 수량과 빠른 용량전환성을 가지고 있어서 상용분자농업에서 널리 선택된다. 담배는 식품이나 사료 작물이 아니라서 식품과 사료 사슬에 유전도입 재료나 재조합 단백질이 오염되는 걱정을 덜어줄 수 있기 때문에도 선호되고 있다고 Reddy는 설명한다. 하지만 니코틴과 해로운 기타 독성 알칼로이드를 다량 함유하고 있어서 후속 공정 단계에서 완전히 제거되어야 할 필요가 있다. 담배는 전 세계적으로 하나의 기반으로서 여러 생명공학 회사들이 채택해왔다. 최근 발표된 기록에 따르면 플래닛 바이오-테크놀로지(Planet Bio-technology)와 메리스템 써레퓨틱스(Meristem Therapeutics)가 피엠피를 담배를 기반으로 생산하는 회사들로서 2단계 임상 시험중에 있다.

향후 전망

면역학, 게노믹스, 분자선별 분야에서 놀라울만큼 진보가 이루어지고 있어 피엠피가 널리 쓰이게 될 것이라는 전망을 밝혀주고 있다. 하지만 적절한 생산 시설 건설 비용이 엄청나 생각만큼 생산 흐름이 매끄럽지는 못하다는 것이 사실이다. Reddy는 무슨 신기술이든지 처음에는 비싸다가 생산량이 늘어나고, 경쟁과 시간에 의해서 가격이 내려가기 마련이라고 말한다. DBT 소장 역시 이에 동의하고 있다. 일단 절차가 표준화되고 연속생산되기 시작하면 피엠피는 아주 비용절감적으로 될 수 있다는 것이다. 그녀는 이 기술의 좋은 잠재력을 느끼고 있지만 아직 인도에서는 미국와 프랑스처럼 그렇게 열광적으로 환영하는 분위기는 아니라고 말했다. 그래도 그 산업은 여전히 낙관적이다.

연구자들은 성공의 열쇠를 쥐고 있는 한 가지가 식물에서 재조합 단백질의 발현 수준이 될 것이라고 믿고 있다. 발현 수준은 재배, 가공, 추출, 순화, 폐기 비용에 영향을 줄 것이기 때문이다.

등록일 2006/08/27 원문

출처 http://www.checkbiotech.org/root/index.cfm?fuseaction=news&doc_id= ...

제공 : kisti, 다른기사보기기사등록일시 : 2006.09.04 09:58

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