KAIST, 잡초에서 의약품 핵심 원료 대량 추출 기술 개발

경상국립대 협업 까마중 유전자 교정, 대사 재설계

의약품 핵심 원료 '디오스게닌' 고효율 축적·생산

[대전=뉴시스] KAIST 김상규 교수팀이 경상국립대와 공동연구를 통해 까마중에서 스테로이드 호르몬 원료를 대량 생산하는데 성공했다. 사진은 김상규(왼쪽) 교수와 임종부 박사가 까마중을 들고 있는 모습.(사진=KAIST 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 유전자 교정기술을 활용해 잡초에서 스테로이드계 의약품의 핵심원료를 대량 추출하는 기술을 개발했다.

한국과학기술원(KAIST·카이스트)은 생명과학과 김상규 교수팀이 경상국립대학교 박순주 교수팀과 공동연구를 통해 '까마중' 유전자를 조절, 코르티코스테로이드(소염·면역 조절 치료제)와 성호르몬(피임약·호르몬 치료제) 등의 필수원료인 '디오스게닌(Diosgenin)'을 고효율로 생산하는 데 성공했다고 22일 밝혔다.

디오스게닌은 소염제와 가려움증 치료제 등 일상에서 널리 사용되는 스테로이드 호르몬제의 합성 원료다. 주로 '마(Dioscorea)'의 뿌리에서 추출하지만 마는 수확까지 수년이 소요되고 유전자 조작이 어려워 생산량 확대에 한계가 있다.

이번에 공동연구팀은 한세대가 약 3개월로 짧고 유전자 조절이 용이한 까마중(Solanum nigrum)에 주목했다. 까마중은 독성 스테로이드 성분인 '솔라소딘(Solasodine)'을 생성하며 이 물질은 디오스게닌과 구조적으로 매우 유사하다.

연구팀은 유전자 가위(CRISPR-Cas9) 기술을 활용해 까마중의 특정 유전자인 '게임4(SnGAME4)'를 교정했다. 이를 통해 독성 성분으로 이어지는 대사경로를 차단하고 대신 디오스게닌이 생성되도록 대사 흐름을 전환했다.
 
또 까마중 잎 조직에서 반응을 조절하는 '게임25(SnGAME25)' 유전자를 추가로 억제해 열매와 잎 모두에서 디오스게닌 축적량을 극대화시켰다.

특히 까마중이 보유하고 있는 효소인 베타-글루코시다아제(SaF26G)를 활용해 성분 추출이 용이한 형태로 전환하는 '자연 발효' 공정을 접목시켜 까마중의 녹색 열매에서 기존 산업용 원료 식물인 마와 유사한 수준의 디오스게닌을 확보하는 데 성공했다.

이어 경상국립대 연구팀이 개발한 '열매 수확량 증대 기술(S 유전자 변이)'을 적용, 식물 한 개체당 열매 생산량을 대폭 향상시켰다. 이를 통해 동일 면적에서 많은 의약품 원료를 생산할 수 있게 돼 산업적 기반도 확보됐다.

연구 성과는 식물과학 분야 국제학술지 '플랜트 바이오테크놀로지 저널(Plant Biotechnology Journal)' 온라인판에 지난달 16일 게재됐다. KAIST 임종부 박사와 경상국립대 김근화·허정 박사가 공동 제1저자로 참여했다.

김상규 교수는 "이 연구는 잡초가 지닌 고유한 대사경로를 정교하게 재설계해 고부가가치 약용 성분을 생산할 수 있음을 보여준 사례"라며 "스테로이드 의약품 원료를 더 안정적이고 환경친화적인 방식으로 확보하는 데 기여할 것"이라고 말했다.


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