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효소enzyme 단백질 재조합 기술
2013-08-22 16:07:34
이엠생명과학연구원
단백질 재조합 기술

 

사람의 인슐린을 만들다

일반적으로 생명공학 분야에서 일컫는 단백질 재조합 기술이란 동물이나 식물 또는 미생물에서 만들어지는 인간의 생활에 유용하게 쓰일 수 있는 단백질 유전자를 조작하기 편리한 대장균이나 간균 또는 효소나 배양 동물세포에 이식시켜 많은 양의 단백질을 간단한 조작만으로 정제해서 사용할 수 있게 하는 것이다.
최초로 재조합 기술을 이용하여 만들어진 단백질은 인체내에서 혈당의 조절에 관여하는 호르몬인 인슐린이다. 사람들은 인슐린을 만들어내지 못하는 경우 당뇨병으로 고통받게 되며, 그에 대한 치료법은 인간의 인슐린을 인체에 주입해 주는 것이다.
그러나 인간의 인슐린을 인체에서 직접 추출한다는 것은 인간의 생명과 관계된 일이므로 불가능하여, 과학자들은 인간의 인슐린과 유사한 구조를 가진 단백질을 탐색하게 되었고 돼지의 인슐린이 인간의 인슐린과 구조가 유사하며 인체내에서 혈당을 조절하는 기능이 있음을 발견하게 되었다.
그런데 돼지의 인슐린을 투여받은 사람 들중 일부가 부작용을 호소하였기 때문에, 이를 해결하기 위해 인슐린을 단세포 미생물인 대장균에서 생산하는 방법을 시도하게 됐다. 그리고 여러번의 시행착오를 거쳐 대장균에서 인간의 인슐린 유전자를 이식시켜 만들어진 제 1호 재조합 단백질인 '재조합 인슐린'이 탄생하게 된것이다. 현재 세계 각국에서는 인슐린에 대한 정보를 지닌 유전자만을 분리하여 미생물이나 배양세포에 이식하여 생산해 낸다. 이것이 가능한 이유는 돼지 인슐린 유전자는 돼지 인슐린만을 만들고 사람의 인슐린 유전자는 사람의 인슐린만을 만들기 때문이며, 따라서 대장균 안에서 만들어지더라도 사람의 유전자와 100% 동일한 인슐린을 생산할 수 있기 때문이다.
이후 수많은 과학자들에 의해 재조합 기술은 눈부시게 발전해 왔으며, 재조합 기술로 만들어진 단백질의 수만 해도 헤아릴 수 없을 정도로 많아지게 되었다.
재조합 단백질 시장의 폭발적 확대
재조합 단백질 시장은 매년 폭발적으로 증가하는 추세에 있으며, 대표적으로 미국 암젠사는 빈혈 치료제로 사용되는 재조합 단백질인 EPO 단일품목 만으로 1년에 40억$이 넘는 매출을 올리고 있다.
참고적으로 EPO의 판매가격을 1그램당 5억원 정도이다. 이 암젠사는 이외에도 1년에 10억$ 이상의 매출을 올리는 재조합 단백질을 다량 보유하고 있어 바이오 기업들이 선망하는 꿈의 기 업으로 자리잡은지 오래다.
암젠사의 EPO외에도 전세계적으로 판매되고 있는 재조합 단백질들을 간단하게 살펴보면 인간성 장호르몬(HGH), 인간 혈청 알부민(HSA)등이 연간 20억$ 정도씩 판매되고 있으며, 그 외에도 많은 질병관련 단백질 효소들이 재조합 기술을 통하여 제조되고 판매되고 있다. 국내에서도 LG나 녹십자 등에서 재조합 기술을 이용하여 백신이나 기타 치료제들을 생산하여 판매하고 있으며, 다양한 기업들에서 재조합 기술을 근간으로 하는 제품개발에 주력하고 있는것으로 알려져있다.
재조합 단백질은 의학분야에만 적용되는 것이 아니라 산업적으로도 동물 사료 제조, 제빵산업 모 직, 포도주산업, 폐수처리등 수많은 분야에서 적용이 되고 있다. 이들 각각의 시장규모도 의약분 야 못지않게 크며, 각각 수십억 달러 수준에 육박하고 있다.
기존의 미생물을 다량 배양하여 그 미생물이 생산하는 유용한 물질이나 단백질을 정제하여 판매 하던 발효기술도 이제는 재조합 기법을 이용한 공정을 개편되고 있는 실정이다.
재조합 기술이 기존의 원료물질로부터의 순수 정제기술보다 각광을 받는 가장 큰 이유는 하나의 세포당 하나의 단백질만을 생산하던 공정을 하나의 세포당 수백 또는 수천의 단백질을 생산할 수 있도록 재조합 기술을 도입한다면 원료 및 정제 단계에서 발생하는 비용의 절감을 비롯하여 생산 되는 산물의 엄청난 양에 의한 부가가치는 상상을 초월하기 때문이다.
예를 들어 사람 수만명이 1주일동안 생산해내는 것과 맞먹는 양의 호르몬을 재조합 기술을 이용하면 대장균을 1.8리터짜리 콜라병만큼만 하룻밤동안 배양하면 생산해 낼 수 있다. 하지만 모든 바이오 기업들이 재조합 기술을 이용한 수익성 높은 단백질을 재조합하여 판매하는 것은 아닌데 이는 제조 공정이 고도의 전문기술을 필요로 하기 때문이며, 일단 판매되는 제품군에는 특허가 걸려있어 같은 종류의 기술을 적용할 수 없으므로 새로운 방법의 제조기술 및 공정을 개발해야 하는 어려움이 있기 때문이다.
미래 국가의 경쟁력
인간게놈 프로젝트의 완성으로 인체내 모든 유전자의 유전정보가 밝혀진 후 세계의 연구방향은 유전자에 의해 만들어지는 단백질의 기능 및 연관성에 대한 연구로 분야의 촛점이 맞추어지고 있다. 현재 밝혀진 대부분의 유전자는 한번씩은 재조합 기술로의 생산이 시도가 되었다고 해도 과언은 아니며 앞으로는 재조합 기술을 적용할 유전자원의 확보가 가장 큰 쟁점이 될 것으로 대부분의 전문가들이 내다보고 있다.
이후 바이오 시장의 연구동향은 '클론전쟁'이라고 표현할 수 있는 유전자 확보에 대한 경쟁양상 으로 바뀌게 될 것이며, 확보된 유전자의 변형을 통한 보다 강력한 기능을 가지는 단백질의 생산 이 앞으로 더욱 다양하게 시도될 것으로 보여진다.
최근 부각되고 있는 유전자 자원의 문제도 클론전쟁의 측면과 맥락을 같이한다. 수억년에 걸쳐 주변환경에 맞게 자체적으로 개량해온 우수한 유전자들을 수만개씩 보유한 생명체가 바로 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 잡초 한포기, 나무 한그루, 메뚜기 한마리이기 때문이다.

앞으로 세계의 단백질 재조합 기술의 발전은 그 속도를 예측하기 어려울 정도로 가속화될 것이며 세계의 경제를 주도할 기술이 될 것이므로, 현재 국내에서 활동하고 있는 수많은 바이오 기업들 의 연구성과 여부가 미래 국가의 경쟁력이 될 것임은 당연하다고 하겠다.





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