“주목나무 추출 항암제, 미생물에서도 추출 가능해져”

17개 관련 유전자를 담배속 식물에 이식해 비슷한 농도 생산에 성공

파클리탁셀 2g을 얻기 위해 아주 천천히 자라는 주목나무 껍질과 잎이 10t이나 필요하다. [사진= 게티이미지뱅크]

파클리탁셀은 현재 가장 중요한 항암치료제다. 1971년 주목나무의 껍질과 뾰족한 잎에서 처음 추출된 이 분자는 세포 분열을 억제해 암세포를 죽이는 효능이 확인돼 1993년 이후 30년 넘게 각종 고형암 치료제로 수백만 명에게 투약됐다. 세계보건기구(WHO)가 지정한 필수 의약품 중 하나이기도 하다.

그러나 '탁솔'이란 상품명으로 더 잘 알려진 파클리탁셀은 만들기 어렵고 비용이 많이 들어간다. 1인 치료에 필요한 파클리탁셀 2g을 얻기 위해 아주 천천히 자라는 주목나무 껍질과 잎이 10t이나 필요하다. 또 주목나무에서 추출한 바카틴III라는 전구체를 실험실에서 정제한 뒤 다시 화학적 처리를 거쳐야 파클리탁셀이 만들어진다.

주목나무에서 바카틴III를 생산하는 데 필요한 17개 유전자로 이뤄진 경로를 확인해 이를 담배속 식물 잎에 이식해 주목에서 추출한 것과 비슷한 농도의 바카틴III 생산에 성공했다. 11일(현지시간) 《네이처》에 발표된 미국 스탠퍼드대 연구진의 논문을 토대로 과학전문매체 《사이언스》가 보도한 내용이다.

파클리탁셀의 대체 생산 방식은 이번이 처음이 아니다. 1994년에 두 개 연구진이 동시에 파클리탁셀을 인공 합성하는 방법을 발표했다. 하지만 완전 합성 방식은 수십 가지 화학적 단계를 거쳐야 하기 때문에 주목나무에서 추출하는 것보다 비용이 많이 든다.

더 나은 방법은 주목나무가 화합물을 만드는 유전자를 발견해 이를 산업적으로 재배할 수 있는 유기체에 이식하는 것이다. 연구진은 그 경로에 필요한 유전자의 약 절반은 진즉 확인했지만 나머지 유전자를 찾는 데 수십 년 동안 어려움을 겪었다.

스탠퍼드대의 엘리자베스 새틀리 교수(화공학)가 이끄는 연구진은 미생물의 경우는 공통 경로에서 함께 작용하는 유전자가 염색체에서 가까이 위치하는 경향을 보이지만 식물에서는 해당 유전자들이 널리 분산돼 있는 게 걸림돌로 작용했다고 설명했다. 주목나무의 게놈은 인간 게놈의 약 3배 크기이며, 바카틴 III 합성 유전자는 "곳곳에 흩어져 있다"고 그는 말한다.

동일한 유전 경로에 작용하는 유전자를 식별하기 위해 연구진은 활동이 함께 증가하거나 감소하는 유전자를 찾았다. 보통은 각 유전자의 단백질 생성 지침을 세포의 제조 허브로 전달하는 메신저 리보핵산(mRNA)의 생산을 추적하는 방식을 택한다. 그러나 많은 유전자 경로가 동시에 켜졌다 꺼지기에 바카틴III 생산과 같은 특정 과정에서 함께 작동하는 소수의 유전자를 식별하는 것은 "건초 더미에서 바늘 찾기와 같다"고 연구진은 설명했다.

그래서 연구진은 탐색 범위를 좁혔다. 복잡한 조직에서 mRNA를 추적하는 대신 주목 잎에서 추출한 수천 개의 개별 세포에 대해 동일한 분석을 수행했다. 또한 주목나무가 병원균을 방어하는 데 사용하는 바카틴III의 생산을 늘리기 위해 일부 세포에 소금이나 박테리아 화합물을 첨가하는 등 다양한 스트레스 요인을 적용했다. 이러한 접근법을 통해 바카틴III 생산에 관여하는 7개의 추가 유전자가 밝혀졌다. 그 중 하나는 필수 중간 화합물의 수율을 높여주는 FoTO-1이라는 단백질을 암호화하는 유전자였는데 이 발견이 주요 돌파구가 됐다.

그런 다음 연구진은 바카틴III 생산 경로에 필요한 17개의 필수 유전자를 담배의 사촌격인 벤스(학명 니코티아나 벤타미아나) 잎으로 옮겨 주목나무와 같은 수준의 바카틴III를 생산한다는 것을 보여줬다. 연구진은 현재 바카틴 III 유전자를 조작하기 쉽고 의약품 생산에 일반적으로 사용되는 유기체인 효모로 옮기는 작업을 진행 중이다.

궁극적으로 미생물을 이용해 파클리탁셀 합성에 성공할지 모른다. 덴마크 코펜하겐대의 소티리오스 캄프라니스 교수(생화학)가 이끄는 연구진은 4월 25일 《네이처 합성(Nature Synthesis)》에 발표한 논문에서 바카틴III를 파클리탁셀로 전환하는 생화학적 생산 경로에서 두 개의 유전자를 발견했다고 보고했다. 캄프라니스 교수는 "이제 이 두 부분을 결합해 파클리탁셀의 완전한 생합성을 이뤄야 한다"고 했다. 그렇게 되면 항암제 제조는 미생물에 맡겨두고 주목은 다시 정원으로 돌아갈 수 있게 될 것이다.

해당 논문은 다음 링크(https://www.nature.com/articles/s41586-025-09090-z)에서 확인할 수 있다.

한건필 기자 (hanguru@kormedi.com)