결핵균 치료에 사용된 ‘카나마이신’ 생합성 과정 규명

차세대 항생제 개발 새로운 길 열렸다

 

［메디컬투데이 이슬기 기자］

결핵균 등의 치료에 사용돼 온 대표적인 항생제 카나마이신의 생합성 과정이 순수 국내 연구진에 의해 규명됐다.

특히 이번 연구결과로 내성 없는 차세대 항생제 개발에 새로운 길이 열렸다.

교육과학기술부(이하 교과부)와 한국연구재단은 윤여준 이화여대 교수, 송재경 선문대 교수가 주도하고 박제원 선문대 교수, 박성렬 이화여대 박사가 참여한 연구팀이 '이종숙주' 기술을 이용해 카나마이신 합성 과정을 처음으로 규명했다고 10일 밝혔다.

먼저 윤여준 교수 연구팀은 이종숙주발현 시스템을 기반으로 조합생합성 기술을 활용해 카나마이신의 생합성 경로를 밝혀냈다.

카나마이신은 반세기 전부터 사용된 최초의 결핵치료제와 같은 계열의 항생제로 결핵균과 페렴균 등의 치료에 사용돼 온 가장 오래된 항생제 중 하나이다.

하지만 카나마이신을 생산하는 토양미생물은 유전자 조작이 거의 불가능해, 카나마이신의 생합성 경로 규명은 전 세계 과학자들에게 풀리지 않는 숙제였다.

윤여준 교수팀은 카나마이신 합성에 관여하는 모든 유전자를 선별한 후 이들을 여러 개의 유전자 조각으로 잘라 레고 블록처럼 조립해 유전자 조작이 쉬운 또 다른 방선균에 넣었다.

연구팀은 다양하게 조합된 유전자 세트에서 만들어낸 물질을 하나씩 확인하는 방법으로 카나마이신 합성 경로를 밝혀냈다.

이 기술은 카나마이신의 생합성 유전자를 유전자 조작이 쉬운 방선균 이종숙주 내에서 조합·발현헤 카나마이신이 만들어지는 과정을 밝히는 방법으로 특히 새로운 생리활성물질 개발에 직접 활용될 수 있는 원천기술이 될 것으로 기대된다.

아울러 위와 같은 결과는 다제내성 병원균을 치료할 수 있는 새로운 항생제 개발에 직접 활용될 수 있을 것으로 전망된다. 실제 윤 교수팀은 다양한 내성균의 감염을 치료하는 새로운 항생물질의 생합성에 성공해 그 가능성을 직접 입증했다.

윤 교수팀은 유사한 항생제들의 생합성에 관여하는 유전자들을 다양하게 조립하여 항생제의 화학구조를 변형시킬 수 있는 조합생합성기법을 이용해 카나마이신의 생합성 유전자와 또 다른 아미노글리코사이드 계열의 항생제로부터 나온 AHBA 생합성 유전자를 조합함으로써,아미카신과 유사하지만 새로운 구조의 항생물질을 생합성하는데 성공했다.

연구팀에 의해 만들어진 새로운 화합물의 항균활성을 직접 확인한 결과 매우 흥미롭게도 카나마이신과 아미카신의 내성균들에 대해 높은 항균활성을 보였다.

이는 2세대 항생제의 내성 문제를 해결할 수 있는 새로운 항생제로 개발될 수 있는 가능성이 상당히 높다는 것을 의미한다.

이에 대해 윤여준 교수는 “조합생합성을 통한 아미노글리코사이드 항생제의 생합성 경로 규명과 새로운 항생제 개발 기술은 기존 의약품의 특정 화학구조를 변형시키는 개량신약 개발뿐만 아니라 신개념 신약과 고가 의약품으로 상업화할 수 있는 가능성을 제시하는 등 다각적으로 활용될 수 있을 것으로 전망된다”고 연구의의를 밝혔다.

한편 연구결과는 세계 최고 권위의 과학전문지 ‘네이처’의 자매지인 ‘Nature Chemical Biology'지 10월9일자에 게재됐다.

 
메디컬투데이 이슬기 기자(s-report@mdtoday.co.kr)