흙속의 의약 보물 ‘방선균’

흙 속에 사는 미생물인 방선균. 항생제나 항암제의 성분을 만들어내 과학계의 주목을 받고 있다. ① ④ 사진은 방선균 마이크로모노스포라. ② ③ 사진은 방선균 스트렙토마이세스, 바탕 사진은 이들이 뭉쳐 있는 모습이다. 사진 제공 이화여대

윤여준 교수 등 국내 연구진

항생제 성분 합성과정 규명

‘토지(土地).’

얼마 전 타계한 박경리 선생의 대하소설이다. 소설 속에서 땅은 민초들이 생명력을 끈질기게 이어 가게 하는 원천이 된다.

과학계도 생명력의 원천으로 땅을 주목하고 있다. 건강에 유용한 물질을 생산하는 미생물인 방선균(放線菌)이 흙 속에 살고 있기 때문이다. 최근 방선균이 고가의 항생제 원료를 만들어 내는 과정을 국내 연구진이 세계에서 처음으로 밝혀냈다.

○ 겐타마이신 합성 메커니즘 밝혀내

피부질환 연고나 안약에는 겐타마이신이란 항생제 성분이 들어 있다. 이 성분은 ‘마이크로모노스포라’라는 방선균에서 얻는다. 당(글루코오스)이 이 균의 몸속에서 여러 단계를 거치면 겐타마이신으로 바뀐다.

이화여대 화학·나노과학과 윤여준, 박제원 교수와 선문대 송재경 교수팀은 생명공학벤처기업 제노텍과 공동으로 마이크로모노스포라가 겐타마이신을 합성하는 과정을 알아냈다. 겐타마이신을 처음 얻은 건 1963년 다국적 제약회사 셰링의 연구팀. 하지만 그 합성 과정은 수수께끼로 남아 있었다. 마이크로모노스포라 유전자를 조작하는 방법을 찾지 못했다.

윤 교수팀은 겐타마이신 합성에 관여하는 마이크로모노스포라의 유전자를 모두 골라냈다. 이들을 여러 개로 잘라 레고 블록처럼 조립한 다음 또 다른 방선균(스트렙토마이세스)에 집어넣었다. 다양하게 조립된 유전자가 스트렙토마이세스 몸속에서 만들어 내는 물질을 일일이 확인하는 방법으로 겐타마이신의 합성 메커니즘을 밝힌 것.

이 연구는 한국과학재단 지능형 나노바이오소재연구센터와 국가지정연구실 사업의 지원으로 이뤄졌다. 연구 결과는 조만간 미국 국립과학원회보(PNAS)에 실릴 예정이다.

○ 노화 억제 성분도 얻을 수 있어

방선균은 대를 이어 가는 생명력이 강하다. 대장균 같은 보통 미생물은 영양분이 부족해지면 금방 죽는다. 하지만 방선균은 일단 포자를 만들어 자신의 유전자를 담는다. 포자가 동물의 몸이나 바람에 실려 영양분이 풍부한 땅에 떨어지면 유전자가 다시 활동을 개시한다. 그러나 이곳저곳을 옮겨 다니기에 다른 미생물과의 생존경쟁도 잦다. 이 때문에 방선균은 다른 미생물에 치명적인 물질을 만들어 낸다. 그 종류가 수천 가지에 이른다.

과학자들은 오래전부터 방선균이 내놓는 물질을 항생제나 항암제(에포사이론 등) 성분으로 개발해 왔다. 녹차나 콩에 포함된 노화억제 성분인 플라보노이드도 방선균에서 얻을 수 있다.

○ 5년간 국내 신종 방선균 60종 발견

방선균은 증식 속도가 더디다. 대장균이 2배로 늘어나는 데 걸리는 시간은 20분. 방선균은 2시간이 훨씬 넘는다. 따라서 배양하기 까다롭고 유전자 조작도 오래 걸린다.

하지만 유용물질을 합성하는 과정을 알면 실험실에서 값싸고 빠르게 신약후보 물질을 생산할 수 있어 과학자들이 연구에 매달리고 있다. 윤 교수는 “이번 기술을 이용하면 현재 국내 제약회사가 대부분 수입해 쓰는 겐타마이신을 국내에서 대량 생산할 수 있다”고 말했다.

국내 흙에서만 사는 방선균에서 유용물질을 찾아내면 고부가가치의 국산 신약 개발도 가능하다. 한국생명공학연구원 미생물유전체활용기술개발사업단의 조사 결과 최근 5년간 국내에서 새로 발견된 방선균은 총 60종이다.

임소형 동아사이언스 기자 sohyung@donga.com

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