식물을 통해 바이오 산업을 이끄는 ‘기능성 식물소재 융합연구센터’

▲ ‘기능성 식물소재 융합연구센터’ 연구원

우리가 살아가면서 많은 빚을 지고 있는 생명체가 바로 식물이다. 식물은 식량부족 등의 사회문제를 해결할 수 있는 열쇠를 쥐고 있을 뿐만 아니라 그밖에 우리에게 많은 혜택을 주고 있다. 그 중 가장 주목해야 할 점은 우리가 주로 복용하는 약의 1/4 이상이 식물로부터 얻어지고 있다는 점이다. 최근 바이오의약품 등 바이오산업이 중요해지고 각광받는 만큼 식물의 경제적 가치 역시 높아질 것으로 예상된다. 따라서 이번 [실험실 / 입주기업 소개] 코너에서는 최성화 교수의 ‘기능성 식물소재 융합연구센터’에 대해 취재했다.



▲차세대융합기술연구원에 식물형질전환코어센터 구축

현재 ‘기능성 식물소재 융합연구센터’는 서울대 최성화 교수가 센터장을 맡고 있다. 최성화교수는 서울대학교 생명과학부 교수로, 2012 ~ 2014년까지 차세대융합기술연구원(이하 융기원)에서 부원장을 역임한바 있다. 현재는 기능성 식물소재 융합연구센터 센터장으로 활발한 연구 활동을 펼치고 있다.

최근 유전자변형논란을 잠재울 " DNA사용없이 농작물 유전자 교정"의 연구성과가 크게 화제가 된바 있다. 이 연구성과는 IBS 유전체교정연구단 김진수 단장 연구팀과 공동연구를 통해 개발했으며, 2015년 10월 ‘네이처 바이오테크놀로지(Nature Biotechnology)'에 실렸다. 농작물 종자개발분야에서 DNA가 아니라 단백질 콤플렉스(CAS9)와 주소역할을 하는 RNA를 섞어 이를 주입하는 방식으로 식물세포에 적용해 유전자를 교정하는데 성공했다는 연구 결과이다.

▲담배, 애기장대, 벼에서의 식물 원형질체내 RGEN RNP를 이용한 유전자 교정 확인

구체적으로 그 내용을 살펴보면 세포벽에 화학적으로 효소처리를 하면 세포벽이 없어져 동물세포처럼 원형질 막으로 둘러싸인 둥근 모양의 세포로 만들 수 있다. 이렇게 처리된 식물세포 원형질 막에 유전자가위인 단백질 콤플렉스(CAS9)를 도입하였는데, CAS9은 주소역할을 하는 RNA파트와 단백질 파트로 나누어진다. 이 복합체는 핵 안에 들어가서 DNA를 절단하게 되고, DNA가 회복되는 과정에서 DNA의 염기서열이 지워지게 된다. 즉 특정한 유전자의 기능을 없애버리는 것이다. 이것이 CAS9 기술의 가장 기본적인 기능이고 DNA의 바꿔치기도 가능하다.

최성화 교수는 기존의 1세대 혹은 2세대 유전자 가위와 달리 3세대 유전자 가위인 CAS9은 RNA 주소부분을 만들기가 매우 쉬워 혁신적이다 라고 말하며, 이론적으로 유전자 질환을 치료할 수 있는 길이 열렸다고 해도 과언이 아니다 라고 전했다.

▲RGEN RNP를 사용한 상추에서의 목표 유전자(Bin2) 돌연변이체 획득 및 후대검증

▲RGEN RNP 직접 도입 방식을 통한 상추 유전자 교정 후 원형질체의 분열과 재분화 과정

▲목표 유전자(bin2) 가 교정된 상추 재분화 식물체 확보 과정

‘기능성 식물소재 융합연구센터’라는 센터명에서 기능성은 '의약품'이라는 의미를 포함한다. 최성화 교수와 연구팀은 식물의 유전자를 정밀하게 디자인해서 기능성 소재를 생산함으로써 환경 부담을 최소화하는 것을 목표로 한다. 우선 식물이 잘 자라지 않는 한계 토양에서 잘 자랄 수 있는 식물을 개발함으로써 식량이 부족한 지역에 식량을 확보할 수 있다. 또한 식물이 특정한 환경에서 발현시키는 효소 단백질을 연구하여 더 많은 바이오 의약품(예, 독감백신)을 개발하여 그동안 치료가 어려운 질병의 치료 가능성을 향상시킬 수 있다. 더 나아가 식물공장에서 의약품으로 사용되는 단백질로 생산함으로써 고가의 의약품을 친환경적으로 다량확보 할 수 있는 길을 여는데 앞장서고 있다.

 

최성화 교수는 "앞으로 이러한 식물생산 단백질 의약품 분야의 시장전망이 매우 밝아요. 그러나 이러한 연구를 위해서 생명공학적 지식이 필요할 뿐 아니라 다양한 지식과 기술의 융합이 필요하죠. 식물 생명공학을 기반으로, 광학, 생물공학, 약학, 의학, 물리학, 화학 등이 한데 어우러지면 세계 최고의 단백질 신약이 융기원에서 만들어져 인류의 건강 100세 시대를 앞당길 거예요. 저는 그런 융합을 이끄는 촉매자입니다" 라고 말하며 연구에 있어 융합을 강조했다.   

▲‘기능성 식물소재 융합연구센터’ 최성화 교수