담배! 건강의 적 아니었어? ‘합성생물학’ 활용...식의약 소재 만드네

[헬스컨슈머] 농촌진흥청(이하 농진청)은 생명과학 기술에 공학적 설계를 결합한 합성생물학 기술을 담뱃잎에 적용해 혈관 강화제 ‘디오스민’과 항산화 소재 ‘크리소에리올’을 생산하는 데 성공했다고 2월 17일 밝혔다. 

농진청은 합성생물학 기술이 생물의 대사 시스템을 공장의 공정처럼 설정하고 블록처럼 유전자를 필요에 맞게 재설계, 조립해 원하는 물질을 생산하거나 생산량을 조절할 수 있다며 이 기술을 담뱃잎에 적용해 생체중량 1그램당 38마이크로그램(㎍)의 디오스민과 건조중량 1그램당 70마이크로그램의 크리소에리올을 생산하는 기반 기술을 구현한 것은 세계 최초라고 소개했다.

연구진은 대사경로 재설계와 다중 유전자 조립이라는 합성생물학 기술을 적용해 담배의 잎에서 디오스민*과 크리소에리올을 생산할 수 있음을 확인했다고 덧붙였다. 

농진청에 의하면 디오스민은 감귤류 추출 헤스페리딘으로부터 반합성 기술로 생산하는 식물 유래 플라보노이드. 혈관 강화제로 치질이나 하지정맥류 치료에 활용하며 전량 수입에 의존하는 물질이며 크리소에리올의 경우 항산화, 항염, 항암 등 인체 유용 생리활성 물질이라고 설명했다.

또한, 대사경로를 재구성해 디오스민 생합성에는 10개의 유전자 조합이 필요하며, 크리소에리올 대사경로 구성에는 기존 8개 유전자 중 5개만 있어도 가능하다는 사실을 밝혀냈다고 덧붙였다.

연구진은 아그로박테리움법을 이용해 재구성한 디오스민과 크리소에리올 대사경로를 담뱃잎에 일시적으로 발현시켜 디오스민과 크리소에리올을 생산했다고 생산과정을 안내했다.

아그로박테리움법은 식물 병원균인 아그로박테리움(Agrobacterium tumefaciens)을 이용해 식물세포에 유용한 유전자를 이식하는 방법으로 알려졌다.

이번 연구 결과는 국제학술지 Frontiers in Plant Science(IF 5.6)에 논문으로 게재됐으며, 재설계한 대사경로를 포함한 디오스민, 크리소에리올 생산 방법은 각각 특허출원했다고 농진청은 밝혔다.

한편, 농진청은 항산화, 항암, 항염증 등 다양한 생리활성을 지닌 식물의 이차대사물질은 식·의약 소재로 가치가 매우 높으나 화학적으로 합성하는 기존 방식은 시간과 비용이 많이 들거나 합성 과정에서 환경에 미치는 영향이 커 이를 해결하기 위한 지속 가능한 생산 방법 도입이 필요하다는 사실을 강조했다.

농진청 생물소재공학과 이시철 과장은 “식물 합성생물학 분야의 원천기술을 확보했을 뿐만 아니라 해당 기술로 생산까지 성공했다는 데 큰 의의가 있다”며, “이번 기술 개발로 국내 바이오산업계를 기술적으로 뒷받침할 수 있을 것으로 기대한다”라고 말했다.

농진청에 의하면 이번에 개발한 기술은 고부가 식의약 소재의 지속 가능한 방법으로 식물의 플라보노이드가 항산화, 항염증, 항암 등 다양한 생리활성을 가진 식물의 이차 대사산물로, 제약 및 건강식품 산업에서 중요한 식의약 소재라고 설명했다.

또한 글로벌 플라보노이드 시장은 2031년 약 34억 달러 규모 전망로 연간 성장률이 6.1%에 이를 것으로 전망된다며 혈관강화제로서 치질 및 하지정맥류 치료에 활용되고 있는 디오스민은 감귤류에서 추출한 헤스페리딘을 할로겐족 촉매로 산화시켜 반합성 기술로 생산하는 식물 유래 플라보노이드로서 전량 수입에 의존하고 있다는 사실을 상기시켰다.

또한 최근 식물 유래 의약품 수요가 급증함에 따라 이러한 문제점을 해결하여 지속 가능하고 효율적인 생산을 위한 기술 개발 필요한 데 이번 기술 개발이 이를 충족하는 가운데 식물시스템을 기능성 소재 생산 플랫폼으로 활용하여 식물을 고부가 바이오소재 생산 최적화를 위한 식물 공장화 하는 한편 고부가 바이오소재 수율 증진 등을 합성생물학/AI 등 융합기술로 극복하는 계기가 될 것이라고 자평했다.