KAIST, '광대싸리' 항암물질 생성과정 규명

토종 약용식물 '광대싸리'의 항암물질 생성과정이 규명됐다. 광대싸리는 국내에서 쉽게 찾아볼 수 있는 관목으로 동북아시아 지역에서는 예전부터 잎과 뿌리를 약재로 사용했다. 특히 이 식물에는 세큐리닌(securinine) 등 다양한 알칼로이드 성분이 포함돼 신약 개발 가능성이 높다. 다만 알칼로이드는 구조가 매우 복잡해 생합성 과정을 규명하기 어려운 물질로 알려져 있다.

KAIST는 생명과학과 김상규 교수 연구팀, 화학과 한순규 교수 연구팀이 광대싸리에서 항암효과를 가진 세큐리닌 계열 물질이 만들어지는 핵심 과정을 규명했다고 6일 밝혔다.

(왼쪽부터) 김상규 교수, 한순규 교수. KAIST

식물에서 약 성분이 유래된다는 것은 새로운 내용이 아니다. 다만 식물이 약으로 쓰일 성분을 어떻게 만들어내는지는 풀리지 않는 의문으로 남았다. 광대싸리에서 세큐리닌 계열 물질이 만들어지는 과정도 마찬가지였다.

세큐리닌은 1956년 광대싸리에서 처음 발견된 후 현재까지 130종이 넘는 관련 물질이 보고됐다. 이중 일부는 항암효과를 보이거나, 뇌신경 재생을 돕는 효능이 있는 것으로 알려졌다. 하지만 광대싸리에서 항암효과 등이 만들어지는 과정은 지난 70년간 밝혀지지 않았다.

베일에 싸였던 광대싸리의 항암효과 생성과정은 화학과 생명과학의 협력을 토대로 풀렸다. 세큐리닌 계열 물질의 화학적 합성을 장기간 연구한 한 교수 연구팀과 식물 유전체 및 단일세포 분석에 강점을 가진 김 교수 연구팀이 손을 맞잡아 공동연구를 진행한 성과다.

먼저 김 교수 연구팀은 성남시 불곡산 일대 'KAIST 생태림'에서 광대싸리를 확보해 연구시료를 만들어 식물의 유전체를 정밀 분석했다. 특히 세큐리닌 생성이 활발한 잎 조직을 대상으로 단일세포 전사체 분석을 수행해 어떤 세포에서 어떤 유전자가 작동하는지를 세밀하게 추적했다.

공동연구에서 한 교수 연구팀은 세큐리닌이 만들어지기 직전 단계의 물질로 '비로신 B'를 발굴했다. 이어 비로신 B를 실험실에서 직접 만들어 변화과정을 관찰, 식물 속 효소인 '황산전이효소'가 비로신 B를 항암 성분인 세큐리닌으로 바꾸는 데 핵심적인 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다.

이는 황산전이효소가 단순히 화학 성분을 붙이는 보조 역할을 하는 것이 아니라, 알칼로이드의 구조 자체를 바꾸는 데 중요한 역할을 한다는 것을 처음 확인한 결과다.

AI 생성 이미지. KAIST

공동연구팀은 이번 성과를 통해 실험실과 미생물 공장에서 항암물질을 안정적으로 생산할 수 있는 길이 열릴 것으로 기대한다.

김 교수와 한 교수는 "이번 연구는 국내 자생식물에서 얻을 수 있는 고부가가치 천연물이 어떻게 만들어지는지를 분자 수준에서 밝힌 사례"라며 "미생물과 세포를 이용해 항암물질을 안정적으로 생산하고 다양한 의약학적 응용을 가능케 할 기반을 마련했다는 게 이번 연구가 갖는 의의"라고 말했다.

한편 이번 연구에는 KAIST 정성준·강규민 박사후연구원, 김태인 석박통합과정생이 공동 제1 저자로 참여했다. 연구 성과는 최근 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에서도 소개됐다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr