"담배서 백혈병약 만든다"…반세기 묵은 생합성 미스터리 풀렸다

백혈병 치료제 원료를 담배에서 대량 생산할 수 있는 길이 열렸다. 반세기 동안 미스터리로 남아있던 희귀 식물 유래 항암 알칼로이드의 전체 생합성 경로가 마침내 규명됐다.

24일(현지시간) 중국 바이오 전문매체 바이오온에 따르면, 국제학술지 '셀(Cell)'에 삼첨삼나무에서 유래한 두 가지 핵심 생리활성물질의 생합성 경로를 완전히 해독한 연구 결과가 게재됐다.

이 식물에서 추출하는 고삼첨기지알칼로이드(Homoharringtonine, HHT)는 미국 식품의약국(FDA)이 승인한 만성 및 급성 골수성 백혈병(CML, AML) 치료제다. 특히 T315I 돌연변이 CML 환자에게 효과적인 2차 치료제로 쓰인다. 하지만 삼첨삼나무는 성장이 느리고 자원이 희귀해 HHT는 식물 추출에 의존, 가격이 매우 비쌌다.

연구팀은 이번 연구를 통해 세팔로탁신온(cephalotaxinone)과 호모에리트라틴(homoerythratine)의 생합성에 필요한 13가지 효소를 모두 확인했다. 특히, 유전적으로 매우 유사한 두 개의 시토크롬 P450 효소, 'CfCYP2'와 'CfCYP3'가 서로 다른 산화 반응을 촉매해 구조가 다른 분자 골격을 만드는 희귀한 '분화 산화(differentiated oxidation)' 메커니즘을 발견했다.

연구팀은 전사체와 대사체 분석을 결합한 다중오믹스(multi-omics) 전략을 사용해 후보 효소 유전자를 빠르게 찾아냈다. 이는 기존의 분리, 구조 동정, 동위원소 추적 방식보다 연구 기간을 획기적으로 단축시킨 성과다. 연구팀은 최종적으로 벤사미아나 담배(Nicotiana benthamiana)에서 두 알칼로이드의 전체 생합성 경로를 재현하는 데 성공했다.

이번 연구 성공으로 HHT와 같은 항암 약물의 지속 가능한 생산 기반이 마련됐다. 연구팀은 효소 공학을 통한 촉매 효율 증대, 대사 경로 조절을 통한 전구체 공급 확대, 발효 공정 최적화 등을 거치면 3~5년 내 상업화가 가능할 것으로 전망했다. 이번 성과는 다른 희귀 약용식물 유래 천연물 연구에도 적용할 수 있는 기술적 모델을 제시했다는 평가다.