의약품 및 항스트레스 식물을 개발하는데 활용할 수 있는 산화스트레스 발현 식물유전자가 세계 최초로 발견됐다. 생물체는 외부 스트레스를 받으면 몸속에서 활성산소라는 독성물질을 생성하게되며 이것이 산화스트레스를 유발하여 각종 질병과 노화의 원인이 되는 것으로 알려져 있다. 한국생명과학연구소 곽상수박사팀이 개발한 식물유전자는 식물에 존재하는 약 10만개의 유전자 중 하나로, 인체게놈에 이어 식물게놈의 중요성을 일깨워주는 중요한 성과이다. 연구팀은 고구마에서 분리한 프로모터를 담배식물체 및 담배배양세포에 도입해 같은 결과를 얻었으며, 미생물인 효모에서도 작동하는 것을 확인했다. 연구팀은 현재 프로모터의 개량과 고부가가치 약리활성물질을 생산하는 산업용 세포주와 식물체를 개발하는 연구를 추진중이다. 이 프로모터는 항암제 택솔 생산이나 형질전환 배양세포에서 각종 고부가가치의 치료용 단백질 및 약리활성물질을 생산하는데 활용되며, 장기적으로 환경스트레스 조건에서도 잘 자라는 환경내성 식물개발 등에 활용된다. 개발 프로모터는 산소를 필요로 하는 모든 생물체에 적용할 수 있으며 특히 유용물질을 생산하는 산업용 식물배양세포주 개발에 활용이 기대된다. 또 식물을 포함한 동물과 미생물의 외부 환경스트레스에 대한 세포의 신호전달체계를 연구하는 소재로 이용될 것으로 기대된다. 생명공학연구소는 신기술을 빠른 시일 내에 산업화하기 위해 삼양제넥스와 기술실시계약을 체결했다. 삼양제넥스는 1995년 미국의 식물생명공학회사와 공동으로 항암제 택솔(taxol)를 식물세포배양기술을 이용해 생산하는 방법을 개발, 세계 최초로 상업화에 성공한 회사로 현재 탱크배양(32톤으로 세계 최대규모)에서 택솔을 고효율로 양산하고 있는 생명공학회사이다. 지금까지 식물세포 탱크배양의 최대규모는 일본 日東電工이 20톤 탱크에서 인삼 배양세포를 생산하고 있다. 앞으로 곽상수박사팀은 삼양제넥스 연구팀과 공동으로 개발한 유전자를 활용해 각종 고부가가치 산업용 식물체와 배양세포를 개발하면 21세기 우리 인류가 당면한 환경문제, 식량문제 및 보건문제 해결에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 산화스트레스(oxidative stress)는 외부로부터 각종 스트레스를 받으면 생체내의 산소는 슈퍼옥사이드라디칼, 과산화수소, 수산화라디칼 등의 반응성이 높은 독성의 활성산소종(reactive oxygen species)을 생성하게 되는데, 활성산소층에 의해 발생되는 세포의 스트레스를 산화스트레스라 하며, 심한 스트레스를 받으면 세포막 파괴, 단백질 생성억제 등을 초래해 각종 질병과 노화의 원인이 되며 심할 경우는 세포를 죽게 한다. 항산화물질(antioxidant)은 외부 스트레스에 의해 발생되는 각종 활성산소종을 제거하거나 예방하는 화합물로 superoxide dismutase(SOD), peroxidase(POD), catalase 등의 항산화효소와 비타민C, 비타민E(토코페롤) 등의 저분자 항산화물질이 있다. 고착생활을 하는 식물은 외부로부터 환경스트레스를 받았을 때 안전한 곳으로 이동할 수 없기 때문에 산화스트레스를 극복하기 위해 많은 종류의 항산화물질을 생산하고 있다. 식물유래 항산화물질은 식품과 의약품의 용도로 많이 사용되고 있다. 퍼옥시다제(peroxidase, POD)는 과산화수소를 제거하고 수산화라디칼의 생성을 예방하는 항산화효소의 일종으로 식물에는 많은 종류의 동위효소를 가지고 있다. 재배한 서양겨자무 뿌리에서 얻어지는 퍼옥시다제는 소변중의 당검출 등 각종 진단킷트의 시약과 산업용 효소로 이용되고 있다. 식물유전자는 식물의 종류에 따라 유전자수는 약간 다르지만, 식물에는 단백질을 만드는 유전자를 약 10만개가 존재한다. 새로 발견된 산화스트레스에 강하게 발현되는 퍼옥시다제 유전자는 10만개 유전자 중 하나이다. 따라서 식물유전자를 다각적으로 분석하면 우리 인간에서 유용하게 이용될 수 있는 많은 기능성유전자를 개발할 수 있을 것으로 기대된다. 프로모터(promoter)는 특정조건을 인식해 유전자를 작동하도록 하는 게놈유전자의 앞 부분을 프로모터라 한다. 뿌리, 잎, 줄기 등 조직 특이적 발현 프로모터를 비롯 알콜, 글루코즈 등 특정화합물 특이적 발현 프로모터 등이 있다. 효율적인 형질전환체를 개발하는데는 해당 프로모터를 이용한 최적 발현시스템 구축이 성공의 관건이라 할 수 있다. 식물배양세포(plant cultured cells)는 식물체의 조직(잎, 줄기 등)을 배양기내에서 인위적인 조건에서 자라는 세포를 말하며, 세포배양기술은 형질전환 식물체 개발, 유용식물의 번식 및 유용소재의 생산 등에 반드시 필요한 식물 생명공학분야의 가장 중요한 핵심기술이다. 배양세포가 지닌 항산화능력을 비롯해 배양특성을 잘 이해하면 식물세포의 생산성을 극대화할 수 있다. <Chemical Daily News 2001/08/30> |
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