2 Á ¨ a,yw ø 2 8i à Äi ßd ¡ ¿ ¤ À à Ë ³ p Ê 2 ñ ù × Äi ß y ¿ ¨ i...

※ 동물세포나 유전자변형동물을 이용한 바이오의약품 생산에 관한 연구개발 동향과 사례는 바이오안전성포탈사이트

(www.biosafety.or.kr) 「발간자료」란의 BIOSAFETY Vol.8 No.2(통권 31호)를 참고하시길 바랍니다.

1982년 유전자변형미생물을 이용하여 생산된 인슐린이 최초로 상업화된 이래로 동물세포 등 생물학적제제를 이용한

바이오의약품이 활용되고 있습니다. 그러나 최근 들어서는 유전자변형동물 및 식물에서 유래한 유용물질을 이용한

의약품 생산은 물론, 식물 그 자체로서 치료 효과를 볼 수 있는 백신 개발 등에 이르기까지 바이오의약품의 소재가

다변화 되고 있습니다.

이 중 특히 유전자변형식물은 제초제 및 해충저항성 등 농업생산성 향상을 위한 개발에서 발전하여 항체, 백신, 인슐린

등과 같은 치료용 단백질을 대량으로 생산해 낼 수 있는 용도로까지 발전해 나가고 있습니다. 유전자변형식물은

저장 및 대량생산이 용이하고, 개발주기가 짧으며, 무엇보다 동물세포 등을 이용했을 때에 나타날 수 있는 인수공통

전염병의 잠재적 위험을 최소화 할 수 있다는 장점을 가지고 있어 선진국을 중심으로 활발한 연구와 임상시험이 진행

중입니다.

이에 BIOSAFETY에서는 유전자변형기술 또는 유전자변형생물체(LMO)에서 유래한 바이오의약품의 연구개발 사례 및

시장전망을 개괄적으로 짚어보고, 유전자변형식물로부터 유용물질을 생산하는 것과 유전자변형식물 유래 식용 백신에

대한 국내외 연구개발 동향과 사례를 알아보는 기획을 마련하 습니다.

6 BIOSAFETY Vol.10 No.2

바이오의약산업과GMO

조정숙ㅣ [email protected]

한국바이오안전성정보센터(KBCH) 정책팀

바이오산업은 다방면으로 분류될수있는데, 본고에서는이중바이오의약산업현황과GMO에서유래하는의약품의개발동향에대해알아보고자한다.

바이오산업은 바이오기술(Biotechnology, 이하‘BT기술’)을 바탕으로 생물 자체

또는 그들이 가지는 고유의 기능을 높이거나 개량하여 자연에는 극히 미량으로

존재하는 물질을 대량으로 생산하거나 유용한 생물을 만들어내는 산업을 말한다.

이는기존에우리가알고있는화학, 정보통신, 의약, 농업, 식품산업과같이제품을

바이오산업

“바이오기술경 및 규제에 대응하는 서울시의 바이오산업 추진방향고찰, 김문기

1)

7KBCH

기획 1 ｜ 바이오의약산업과 GMO

기반으로분류하는타산업과는달리새로운형태의 Biotechnology-based 산업을

말하는데, 최근에는 Bioscience-based 산업으로그 역이확대되고있는추세를

보이고있다1).

바이오산업에 많이 활용되는 BT기술은 유전자재조합기술, 세포융합기술, 대량

배양기술, 바이오리액터(Bioreactor)기술 등이 있는데, 특히 유전자재조합기술은

의약품 제조 분야에서 당뇨병 특효약인 인슐린과 암 치료에 이용되는 인터페론의

생산을가능하게하 다.

바이오산업은 다양한 분야에서 BT기술이 적용되고 응용되고 있어 바이오산업에

대한 국제표준산업분류가 이루어지지 못한 실정이다. 우리나라는 지식경제부가

1994년부터 바이오산업을 8개 분야로 분류하 으며, 2008년 1월 기술표준원에서

8개로 코드화하여 국가표준 KS M 1000(바이오산업 분류코드: Bioindustry

Classification Code)을제정한바있다(표1).

이렇듯 바이오산업은 다방면으로 분류될 수 있는데, 이 중 바이오의약품 관련 산업

현황, 그리고GMO 유래의약품에대해알아보고자한다.

표 1. 바이오산업 분류

대분류 중분류

항생제, 항암제, 백신, 호르몬제, 면역제제, 혈액제제, 성장인자, 신개념치료제, 진단키트,

동물약품, 기타 바이오의약품

바이오고분자, 산업용효소및시약류, 연구실험용효소및시약류, 바이오화장품및

생활화학제품, 바이오농약및비료, 기타 바이오화학제품

건강기능식품, 아미노산, 식품첨가물, 발효식품, 사료첨가제, 기타 바이오식품

환경처리용미생물제제, 미생물고정화소재및설비, 바이오환경제제및시스템, 환경오염

측정시스템, 기타 바이오환경제품및서비스

DNA칩, 단백질칩, 세포칩, 바이오센서, 바이오멤스, 기타 바이오전자제품

바이오반응기, 생체의료기기및진단기, 바이오공정및분석기기, 공장 및공정설계, 기타

바이오공정및기기

바이오연료, 인공종자및묘목, 실험동물, 유전자변형동·식물, 기타 바이오에너지및자원

바이오정보, 유전자관련분석, 단백질관련분석, 연구개발, 바이오안전성및효능평가, 진단

및보관, 기타 바이오검정, 정보개발서비스

바이오의약산업

바이오화학산업

바이오식품산업

바이오환경산업

바이오전자산업

바이오공정및

기기산업

바이오에너지및

자원산업

바이오검정, 정보서비스및연구개발산업

2)

3)


바이오의약품은화학합성이아닌, BT기술을바탕으로생물체의기능및정보를활용

하여만들어지는의약제제를말한다. 현재까지개발된바이오의약품은주로유전자

재조합기술을 활용한 백신과 조혈촉진인자(Etythropoietin, 이하‘EPO’)로 대변

되는치료용단백질로구분된다.

최근에는 면역세포와 무한 증식이 가능한 암세포의 융합을 통해 선택적으로 작용

하는 항체를 생성하는 기술을 바탕으로 한 항체치료제, 사람으로부터 분리/배양

등 특수한 조작을 통해 제조된 세포 및 조직으로 치료를 진행하는 세포치료제,

DNA(유전자치료)나 RNA(안티센스치료제)를이용한유전자치료제와같은새로운

개념의바이오의약품이활발하게연구개발되고있다2). 한편바이오의약품의종류는

<표2>에정리하 다3).

표 2. 바이오의약품의 종류

종류 비고

단백질치료제 1980년대 인슐린, 사람 성장호르몬, EPO 등의 1세대 바이오의약품

- 항체치료제특정항원과결합하여질병세포를공격하는항체를통해질병을치료

(암, 자가면역질환으로치료하는방식으로단백질치료제의일종).

세포치료제 사람유래세포, 피부각질, 연골, 뼈 세포치료제등이상용화

유전자치료제 벡터를이용하여유전자세포내치료물질을전달하는질병치료로개발초기단계

- 안티센스치료제mRNA와 상보적으로결합하는안티센스를통해특정유전자발현을억제하여

질병을치료하는방식으로유전자치료제의일종

1

2

3

바이오의약품

Guide to Biotechnology2008

한국신용평가, 2008, 국내바이오의약품의진화, 최

□ 조혈촉진인자(Etythropoietin, EPO) : 적혈구의 생산을 촉신시키는 호르몬으로 우리 몸의 신장에서 만들어지는 물질임. 빈혈, 만선신부적증, 대수술 및 암 환자의 치료를 위해 이러한 인간 EPO를CHO세포나 유전자변형 동물의 유즙이나 혈액에서 생산하려는 노력이 국내외적으로 진행되고있음. 국내의 경우 농촌진흥청이 유즙에서 인간 EPO를 생산하는 유전자변형 돼지(새롬이)를 5세대까지 생산한 바 있음.

용어설명

4)

LG 주간경제, 2007, ‘기로에 선국내 바이오산업’, 고은지

9KBCH


바이오의약품은인체내에서질병에대항하여생산되는단백질들로질병에특이적

으로작용하여그효과가높으며, 희귀질병치료에많은공헌을하게되었다. 전통

적인 신약개발 방식인 화학 합성 의약품에 비해 부작용이 비교적 적고, 임상시험

성공률도 높은 장점을 가지고 있다4). 이렇듯 희귀 질병 치료제를 포함한 바이오의

약품 개발에는 유전자재조합기술, 대량발효기술, 고도의 단백질 정제기술 등 첨단

기술이 요구되기 때문에 기술 우위에 따른 독점권이 강하고, 고부가가치를 생성할

수있게된다. 실제로주요생명공학기업들의바이오의약품판매는증가되고있으며,

기업매출에서차지하는비중이커지고있다(표3).

2002년부터2007년도까지바이오의약품의실제소비정도는연평균16%정도성장

하 고, 백신의경우는매년 19.3%의성장세를나타냈다. 그러나전통적인저분자

의약품은 3.7%정도에 지나지 않는다. 전체 의약품 시장에서 바이오의약품이 차지

하는비중은 2002년 9%에서 2007년 15%까지성장하 고, 앞으로이러한추세는

지속될것으로예상된다5)(그림1).

표 3. 생명공학기업의 2008년 판매실적

의약품 회사 질병2008년판매액 2007년판매액 전년대비

(백만 달러) (백만 달러) 증감(%)

Enbrel Amgen Arthritis 3,598 3,230 11.39

Neulasta Amgen Neutropenia 3,318 3,000 10.60

Aranesp Amgen Anemia 3,137 3,614 -13.20

Avastin Genentech Metastatic colorectal cancer 2,686 2,296 16.99Rituxan Genentech Non-Hodgkin's lymphoma 2,587 2,285 13.22

Epogen Amgen anemia 2,456 2,489 -1.33

Avonex Biogen-IDEC Multiple sclerosis 2,181 1,867 16.82

Truvada Gilead HIV 2,110 1,590 32.70

Keppra UCB Epilepsy 1,591 1,326 19.98

Atripla Gilead HIV 1,570 903 73.86

출처 : Burrill & Company 2009 (일부발췌)

그림 1. 전체 의약품 시장에서의 바이오의약품 시장규모

5)

ipts, Plant MolecularFarming Opportunities andChallenges, 2008

출처 : Who Owns Nature? Corporate Power and the Final Frontier in the Commodification of Life, etc Group, 2008


바이오의약품은생명공학기술의발달과함께성장하 고, 특히유전체정보해석과

그에따른유전자재조합기술의활용이두드러지고있다.

초반의 의약품들 역시 일반 미생물에서 생산되고 정제되었지만 BT기술이 도입되

면서 그 효율성이 높아졌고, 1982년에는 최초로 유전자변형 미생물에서 생산된

인슐린이미국식품의약국(FDA)의승인을받았다.

바이오의약품 시장이 성장하는데 있어 주요 장애 요인으로 작용하는 것은 다양한

기술의접목과개발과정이까다롭다는이유에서책정되는높은가격과대량생산이

원활치 않아 공급에 문제가 발생한다는 점이다. 이와 같은 공급 부족의 문제를

극복하기 위해 세포 및 혈액 기반에서 생산하는 것이 아니라, 유전자변형동·

식물을 이용하는 방안이 제안되고 있고, 많은 연구가 이루어지고 있다. 일례로

유전자변형 염소에서 생산된 의약품인 에이트린(Atryn)은 2006년 유럽 식약청

(EMEA)에 이어 2009년 미국 식품의약국(FDA)의 승인을 받아 판매될 수 있게

되었다(부록2).

1) 바이오의약품의생산시스템별장단점

기존에는 의약품을 미생물, 동물세포 배양 등을 통해 생산하 는데 각각이 갖는

장·단점이있다. 미생물은초기단계부터이용되어왔기때문에이들의메카니즘에

대한 이해도가 높고, 배양이 용이하다는 장점이 있지만 고분자인 의약단백질을

생산하기에는 한계가 있다. 고분자 단백질 생산을 위해서는 동물세포 배양방법이

주로 이용되고 있지만, 오염 가능성과 배양 및 분리정제 등에 따른 생산비용이

높고, 알레르기원을 내포할 수 있다는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 최근에는

유전자변형동·식물을이용하여의약품을생산하는노력을하고있는데, 이는동물

세포 배양에 비해 대량 생산에 있어 비용절감 효과가 있지만, 농업생명공학관련

규제를 따라야 하며, 필요한 생산량 및 정확한 생산성 산출이 어려워 이에 따른

상업화결정이지연될수도있다(표4).

GMO에서의의약품생산

11KBCH


유전자변형식물을통해의약품을생산하는연구는다양한작물을대상으로실시되고

있고, 소규모시험재배가이루어지고있다. 대표적인작물을대상으로단백질생산

시스템에적합한정도를 <표5>에정리하 다.

표 4. 바이오의약품 생산시스템별 장단점

장점 단점

*GMP(Good Manufacturing Practice) : 우수의약품제조시설(참고로의약품생산은 GMP시설허가를받은곳에서만이루어짐.)

박테리아

●규제가정립되어있음.●유전정보가해독되어있음.●배양이손쉽고비용저렴함.

●단백질발현이되지않을수도있음.●유독물질함유가능성이있음.

효모

●“안전하다”고인식되고있음.●사용 역사가김.●비용 저렴함.

●당화(Glycosylation)로 생물학적활성을

잃을수있음.●항원을함유할수있음.

동물세포●분자량이큰단백질생산을위한유일한

방법이었음.

●고가의배지가필요함.●성장속도가느림.●알레르기원함유하거나오염가능성이있음.●정제작업이필수적임.

유전자변형동물

●복합단백질의합성이가능함.●매우 높은발현수준을지님.●대량생산이용이함.●저비용으로생산이가능함.

●경험이적음.●오염가능성있음.●농장의 GMP화*

유전자변형식물

●개발주기가짧음.●저장 및대량생산이용이함.●높은 발현수준을지님.●인간을감염시키는식물바이러스에대해

서알려진바없음.

●토양박테리아, 제초제등새로운오염원

의가능성이있음.●알레르기원함유가능성이있음.

표 5. 작물에 따른 단백질 생산시스템 활용 적합성 판단

작물 생산품 환경 실험 재배 수확/운송/ 정제 2차안전성 안전성 용이성 용이성 저장 과정 가공가능성

옥수수 A B B A A A A

유채 B C A A A B B

대두 B B C A A A B

담배 C A A B C B C

토마토 A B A B C C C

A : best B : moderate C : least


의약단백질의 생산 목적에 따라 생산시스템 작물을 종자작물(Seed crop), 잎작물

(leafy crop), 과일, 채소, 유지작물중에서선택할수있다. 옥수수, 벼와같은작물

에서의 단백질은 목적하는 단백질의 저장기간이 길다는 장점이 있다. 항체 활성의

변화 없이 3년간 저장할 수 있으며, 분리 정제시 수확된 물질을 대상으로 회분식

배양(Batch culture)이 가능하다. 또한 담배와 알팔파와 같은 잎작물과 비교해

봤을때 산화물이 생기지 않아 과정상 효율을 증대시킬 수 있다. 토마토와 야채의

경우는작물자체를먹는경우이므로경구용백신(먹는백신) 생산에이용될수있다.

2) 바이오의약품생산시스템의비교

생산방법에 따라 다르겠지만 재조합 단백질을 생산하는데 있어 식물을 이용하는

비용은 미생물배양 시스템에서 생산하는 비용의 2~10%, 동물세포 배양 비용의

0.1% 정도이다.

<표 6>의 생산시스템에 따른 비용 산출은 업스트림(Upstream: 연구개발 단계)에

초점을 맞추어 평가된 것을 정리한 것이며, 다운스트림(Downstream: 분리, 정제

등 생산 단계)관련 비용은 산정하지 않았다. 예로 유전자변형 옥수수를 이용하여

생산된 의약품의 생산비용은 43$/g(다운스트림: 정제 포함) 정도로 예측된다.

총체적인의약품생산비용을살펴볼때유전자변형식물을이용하는것이동물세포를

이용하여 의약품을 생산하는 것보다 70~80%정도의 비용 절감효과를 볼 수 있을

것으로보인다.

이렇듯 바이오의약품 생산에 있어 생산비용은 주요한 요소로 작용한다. 바이오

의약품은 생산비용에 따라 의약품 가격이 결정되기 때문에 이를 저렴한 가격으로

대량공급하는것이주요목표가되고있다. 이는빈곤층및개발도상국등에질병

으로고통받는사람들의보건복지를향상시킬수있는원동력이될것이다.

표 6. 생물체별 의약품 생산비용 비교

생산시스템추정비용(∈/g)

업스트림 다운스트림 포함

효모 77 n.sp

동물세포배양 40-1538 550-5100

유전자변형식물 8-160 24-1300

유전자변형동물 1-77 45-548

n.sp : not specified

6)

IFIC, 2008 FoodBiotechnology : A Study of US ConsumerTrends

13KBCH


표 7. 바이오의약품 생산시스템 비교

비용 박테리아 효모 동물세포 유전자 유전자 식물세포배양 변형식물 변형동물 배양

비용 및 시간

비용 Low Medium High Low High Medium

저장비용 Moderate Moderate Expensive Inexpensive Expensive Moderate

생산성 Medium Medium Medium High High Medium

시간 Short Medium Medium controver-sial very long Medium

위험 및 윤리적 우려

위험 Toxins Low 바이러스, 프리온 Low 바이러스, 프리온 Low

공공인식 Low Medium Medium High High

안전성 Low Unknown Medium High High

오염 위험 Endotoxins Low바이러스, 프리온

Low바이러스, 프리온

발암성 DNA 발암성 DNALow

치료 위험 Yes Unknown Yes Unknown Yes

윤리적우려 Low Low Medium Medium High Low

Scale-up

Scale-up High High Very high Very high Low Medium

가능성

Scale-up High High High Low Medium High

비용

** 동물/식물세포배양: 개체및개체생산품이아닌단순세포만을이용하

여물질을생산하는것으로유전자변형동·식물과는차이가있음.

바이오의약품을 생산하는데 있어 생물시스템에 따른 비용, 위험성, 상업화에 따른

각각의특성을 <표7>에간략히정리해보았다.

앞에서언급한것외에도바이오의약품생산에는사람들의인식및관련규제등도

많은 향을 미치게 된다. 일례로 환경단체 및 일반 여론은 유전자변형식물이나

동물이 식품으로 이용되는 것에는 회의적이지만 의약품 생산에 이용되는 것에

대해서는 어느 정도 수용하고 있기 때문에 규제 및 관리만 철저하다면 GMO에서

의약품을 생산하고 이것이 받아들여지는 것이 식품보다는 용이하지 않을까 생각

해본다6).


표 9. 국내 임상시험 중인 유전자치료제

제조사 제품명 용도별 분류 생산 LMO

동아제약 VMDA3601 허혈성족부궤양증 E. coli

동아제약 GX-12 HIV vaccine E. coli

바이로메드 VM202RY 허혈성심혈관질환 E. coli

동아제약 HB-110 HBV vaccine E. coli

동아대학교, 녹십자 JX594 간암 Vacciniavirus

바이로메드 VM106 CGD Retrovirus

뉴젠팜 쎄라젠 전립선암 Adenovirus

코오롱생명과학 티슈진-C 퇴생성관절염 Retrovirus

대웅제약 DWP-418 두경부암치료제 Adenovirus

출처: 식품의약품안전청

3) GMO 유래의약품개발사례

가. 유전자변형 미생물 유래 의약품 사례

1982년 미국 FDA는 Lilly社가 유전자변형 미생물에서 생산한 인간 인슐린

(Humulin)을승인하 다. 이를기점으로재조합항체, 백신, 성장호르몬등다양한

성분에 대해 개발/생산되고 있다. 예를 들면, 사람 성장호르몬(Protropin, 1985),

인터페론(Intron-A, 1986) 등이 개발되면서 바이오의약산업이 많은 발전을 하게

되었다. 상용화되어있는주요의약품을 <표8>에정리하 다.

LMO 자체를의약품으로사용하는것에는유전자치료제와재조합생바이러스백신

등이있는데우리나라의경우, 재조합생바이러스백신은시험연구중이며, 유전자

치료제는국내에서는아직허가받은제품은없으나임상시험중에있다(표9).

표 8. 유전자변형 미생물을 기반으로 생산된 의약품

회사 제품명 주성분 숙주 승인/허가연도

미국 식품의약국(FDA)

Lilly HUMULIN R 인슐린 E. coli 1982

Genentech Protropin polypeptide hormone E. coli 1985

SCHERING Intron A alpha interferon E. coli 1986

BAYERHLTHCARE REFLUDAN lipifudian recombinant S. cerevisiae 1998

식품의약품안전청(KFDA)

동아제약 그로트로핀투주 somatropin E. coli 1996

LG생명과학 디클라제주 somatropin S. cerevisiae 2007

동아제약 동아인터페론알파 인터페론알파 E. coli 1993

출처: FDA와KFDA에등록/승인된의약품목록중유전자변형미생물에서생산된것으로판별가능한제품을선별하 음.

7)

15KBCH


Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip. Tip.

나. 유전자변형동물 유래 의약품 개발 사례

GTC Biotherapeutics社가유전자변형염소에서생산한안티트롬빈(상품명: 에이

트린(ATryn))이 2006년 8월 유럽 식품안전청(EMEA)의 승인을 받았으며, 2009년

2월에미국FDA의승인을받았다(부록2).

최근 국내 기업인 (주)제이콤은 GTC Biotherapeutics社와 당뇨병 치료제로 사용

되는인슐린을공동개발및생산사업을최초로추진하기로했다고2009년2월16일에

발표하기도 했다. 이외에도 유전자변형동물을 기반으로 하여 의약품을 생산하고

있는사례들은다음과같다(표10).

다. 유전자변형식물 유래 의약품 사례

생산비용과단백질발현및정제시많은이점을가지고있는식물을통해의약물질을

얻으려는노력을기울이고있다.

대표적인시험연구사례로는캐나다의 SemBiosys社가동물실험을통해홍화에서

생산된심혈관제재인 Apo AI가미생물에서생산된 Apo AI과같은효과를나타낸

다는사실을보고한바있다. 또한, 인슐린을얻을수있는홍화의시험재배를위해

2008년8월미국식품의약국(FDA)에임상시험신청서를제출하 고, 현재(2009년)

국에서30명을대상으로임상시험중에있다. 이에대한임상시험결과는2009년

1/4분기에발표될것으로예상되었지만아직발표되지는않았다.

의약품외에도식품첨가물또는기타연구용으로이용되는물질의생산에도유전자

변형식물이이용되고있다(표11).

4) 유전자변형동·식물유래의약품시장전망

유전자변형 동·식물을 이용하여 생산된 바이오의약품 시장은 에이트린(Atryn)이

2009년에미국의상업적판매허가를얻어전망이밝다. 이외에도많은의약품들이

GM동·식물 유래 의약품 생산시 갖는 많은 이점으로 2020년까지 120억 달러에

달할것으로추정되고있다(표12)7).

Kalorama Information,Transgenic Animals andPlants in PharmaceuticalResearch andManufacturing, 2006

임상시험 단계는 상업화 이전에 행해지는 것으로 연구 단계 이후의 과정임.

(전임상-임상1상-2상-3상 진행 이후 각 규제기관의 승인을 받아야 함.)


표 10. 유전자변형동물 유래 의약품의 개발 현황

출처 : Transgenic Animals and Plants in Pharmaceutical Research and Manufacturing 2006

Plant Molecular Farming Opportunities and Challenges, 2008 (일부수정/갱신)

개발회사 제품/단백질 동물 질환 상태

Lactoferrin 소 Cancerous tumors 연구중

MM-093 염소 Autoimmune disease Phase II

GTC Biotherapeutics EMEA 승인

ATryn 염소 Hereditary deficiency

(2006년 8월)

(antithrombin) FDA 승인

(2009년 2월)

Human C1 inhibitor 토끼 Hereditary Angioedema EMEA 심사중

Human lactoferrin 토끼 Infection and inflammation 전임상

Human fibrinogen 토끼 Tissue sealant 전임상

Pharming NV Tissue sealant 소 Trauma& Surgery 전임상

Lactoferrin 소Infection & Inflammatory

FDA 심사중diseases

Collagen 소Medical devices and

전임상aesthetic products

AviGenics, Inc. Alpha interferon 닭 Cancerous tumors Phase II

Version of human Treatment for chemical

PharmAthene(USA) butyrylcholinesterase 염소nerve agents

전임상

(BChE), Protexia

17KBCH


표 11. 유전자변형식물 유래 의약품의 개발 현황

개발회사 제품/단백질 식물 병명 상태

인체용

Large Scale Biology CropVarious single-chain

담배비호지킨림프종

Phase IFv antibody fragments (Non-Hodgkin’s lymphoma)

Planet Biotechnology Inc. EaroRx 담배 치아부식증 Phase II

Prodigene Inc. E.Coli heat-labile toxin 옥수수 설사 Phase I

E.Coli heat-labile toxin 감자 설사 Phase I

Arntzen groupHepatitis B virus 감자 B형 간염 Phase Isurface antigen

Norwalk virus 감자 노워크바이러스감염 Phase Icapsid protein (Norwalk virus)

Thomas Jefferson University/ Hepatitis B virus 상추 B형 간염 Phase I

Polish Academy of Sciences surface antigen

Cobento Biotech AS Human intrinsic factor 애기장대 비타민 B12 결핍 Phase II

Lactoferrin 옥수수 위장감염 Phase I

Meristem Therapeutics

Gastric lipase 옥수수낭포성섬유증,

Phase III†췌장염

Protalix Biotherapeutics glucocerebrosidase 당근 가우셔병 Phase III*

Biolex Therapeutics α-interferon 개구리밥 C형간염 Phase II*

SemBioSys Genetics Insulin 홍화 당뇨병Phase I/II†

(2010년상업화전망)

Planet Biotechnologysecretory antibody

담배 치아부식증 유럽연합승인vaccine

CIGB, Cuba vaccine purification 담배 B형 간염 판매중antibody

동물용

Dow Agroscience Poultry vaccine 담배 뉴캐슬병 USDA 승인

Large Scale Biology Corp 인유두종바이러스백신

담배 자궁경부암 개발단계(Papilloma virus)

Large Scale Biology Corp feline parvovirus 담배 전염성장염 개발단계

출처 :1. Transgenic Animals and Plants in Pharmaceutical Research and Manufacturing (2006)

2. Science (2008) Vol. 320, 473~475

3. Plant Molecular Farming Opportunities and Challenges, 2008

* : 임상시험중

†: 2008년임상시험계획


향후전망

표 12. 유전자변형동·식물 유래 의약품 시장 전망

수입(백만 달러) 성장률(%)

2006 225

2007 383 70%

2008 1,000 161%

2009 1,800 80%

2010 3,000 67%

2011 5,085 70%

2012 12,200 140%

2013 14,400 18%

2014 17,300 20%

2015 20,700 20%

출처 : Transgenic Animals and Plants in Pharmaceutical Research and Manufacturing, 2006

바이오의약산업은앞으로도지속적으로발달하고그시장이확대될것이다. 세계적인

인구의증가, 인구의노령화, 신종질병발생에대응하기위해서유전체정보수준의

이해를 바탕으로 하는 생명공학이 의약 분야에 많은 향을 미칠 것이다. 근시일

내에는 특허기간이 만료되는 의약품으로 인한 바이오제네릭에 관심이 높아져 의약

산업 비즈니스 모델에 변화를 일으킬 것이며, 미국 오바마 정부가 헬스케어 부분

특히, 줄기세포분야에많은지원을하고있어다른나라도이의 향을받아투자가

활발해질것으로예상된다. 또한주요선진국말고도개발도상국에서도많은지원

정책을내놓고있으며그중심에생명공학기술과의약부분이관심을한몸에받고있다.

세포배양및미생물, 화학합성을통한의약품생산에비해GMO에서의약품을생산

하는 것은 아직까지 연구 단계에 머물러 있다. 물론 유전자변형 염소의 젖에서

생산된에이트린(Atryn)이라는의약품이미국식품의약국(FDA)와유럽식품안전청

(EMEA)에서 승인을 받아 판매 중에 있지만 GMO 유래 의약품은 연구방법, 관련

규제, 사회여론이라는복합적인상황이맞물려빠른진척이보이지않고있는상황

19KBCH


이다. 사실 새로운 의약품 하나가 승인을 받기까지는 많은 기간이 소요되긴 하지

만 GMO에서 의약품을 생산하는 것은 연구개발 단계에서 그 이상의 시간이 소요

될것이며, 개발후이들이갖는장단점을이해하고그가능성을배제해서는안될

것이다.

전체적으로 종합해보면 앞으로는 생명공학 뿐만 아니라, 나노테크놀로지, 정보화

그리고 커뮤니케이션(Communication)의 조합으로 의사들의 질병 모니터, 진단,

치료에 획기적인 반향을 일으킬 것이다. 이러한 융합기술을 바탕으로 의약품 및

치료제개발뿐아니라, 앞으로는맞춤의약이발달하여새로운의약기술, 헬스케어

장비분야의산업군이형성될것이며특정시장에대한정부정책이새롭게대두될

것이다.

우리나라도 바이오의약품 분야에 대한 결실을 맺을 수 있도록 산학연관의 접한

관계를 구축해야 할 것이며, 세계 흐름에 발맞추기 위해서 철저한 대비를 해야 할

것이다.

용어설명

□ 제네릭의약품 : 특허가 만료되었거나 특허 보호를 받지 않는 인도와 같은 국가에서 유명 의약품과똑같은 분자구조로 생산한 의약품을 말한다. 화학합성을 통해 기존 의약품의 화학구조와 동일하게제조한 것으로 약효가 동일하다고 판단되어 임상 과정이 생략될 수 있다.


유전자변형동물과유전자변형식물을통한의약품생산원리는거의같다.

1) 일단 유용유전자를선발하여그것을생산기반이되는생물체의생식세포에삽입하여

발현이되는지를확인하고

2) 발현이 확인된세포에서개체번식을유도한후

3) 목적하는물질만을분리정제한후에의약품이되는과정을거치게된다.

부록 1. 유전자변형 동·식물 유래 의약품 생산방법

가. 유전자변형동물

출처 : (日)중외제약HP

출처 : (日)중외제약HP

나. 유전자변형식물

21KBCH


부록 2. 유전자변형동물 유래 항트롬빈 유럽에 이어 미국 시장에 판매

■ 에이트린

에이트린(ATryn)은 미국 매사추세츠州 소재 GTC社(GTC

Biotherapeutics Inc.)가 유전자변형 염소의 젖을 원료로 하여

생산한 새로운 의약품(항트롬빈: 항응고와 항염증을 특성으로

하는 혈장단백질)으로 선천성 항트롬빈 결핍증(HAD; hereditary

antithrombin deficiency) 환자의 치료에 이용됨.

■ 에이트린 승인 현황

○ 2006년 8월: 유럽의약품기구(European Medicines

Agency)에서혈전예방제로사용승인

○ 2007년 12월: 미국 FDA로부터희귀의약품으로지정

○ 2008년 8월 7일: BLA(생물학적제제승인신청)자료 제출

○ 2009년 2월 9일: 미국 FDA 시판 승인

○ 2009년 5월 16일: 미국에서제품으로출시됨

■ 위해성 평가 및 안전성 검증

○미국 FDA산하 생물학적제제 평가 및 연구센터(CBER)는

31명의환자(HAD 환자)를대상으로한임상시험결과를검토

- 정맥혈색전증(TE: thromboemboli) 예방효과 확인을 위해,

환자들에게 출산 전, 출산 중, 출산 후에 에이트린을 투여,

출산후31명의대상자들중1명만이경험함.

- 에이트린의가장흔한부작용인출혈과주사부위의국소적과민

반응은대상자의5%에서발생하 음.

○미국 FDA산하 동물의약품 센터(CVM)는 에이트린을 생성

하는염소의재조합 DNA(rDNA)의 안전성을검사

- 미국 FDA의 수의약품 담당자는“유전자변형 염소를 일곱

세대에걸쳐면 히관찰한결과모두건강했다”며, “재조합

된DNA로인한부작용은없는것으로확인됐다”고발표함.

○염소의젖에과민반응이있는사람은사용금지

- 에이트린은 유전자변형 염소의 젖에서 생산되기 때문에

염소의젖에과민반응을보이는환자들은이용해서는안됨.

- 이들 환자들에게 투여하면 과민반응을 포함하여 알레르기

반응이나타날수있음. 투여중에이런이상반응이나타나면

바로중단하고응급처치가실시되어야함.

■ 기존 의약품 대비 에이트린의 장점

○지금까지 항트롬빈 제제는 인간의 혈액에서 추출해서 제조

하 으나, 염소를 통해 생산할 경우 보다 싼 가격에 안정된

공급이가능

○한 해 동안 미국 전역에서 기증받은 혈액을 모두 이용하여

만들 수 있는 항트롬빈은 220파운드 정도인데, 이는 유전자

변형염소 150마리를활용해생산할수있음.

- 유전자변형염소1마리가9만명의헌혈량을대체할수있음.

○선천성 항트롬빈 결핍증을 지닌 환자들은 혈전을 예방하기

위해평상시‘플라빅스’나‘와파린’과같은항혈전제를사용

하지만, 이들 항혈전제는 수술 또는 분만 시에는 과다 출혈

위험을증가시키기때문에거의사용되지못했음.

- 혈전[血栓, Thrombosis]: 관 벽에 세포 부스러기, 지질,

섬유소등이쌓여커진것을뜻함.

- 에이트린은수술또는분만시에도사용가능

■ 판매 과정

○유럽에서는덴마크기업인LEO Pharma社에서판매하고있으며,

미국 내에서의 개발 및 판매는 Ovation Pharmaceuticals社가

담당

○ GTC社는 Ovation社로부터 2억 5,700만 달러의 기술료를

지급 받았으며, 임상·규제·판매 등과 관련한 계약상의

목표를 충족시킨다면 제품 판매 로열티를 추가적으로 지급

받게됨.

- Ovation社는 GTC社에 기술료와 임상시험 비용을 지불

하고 마케팅을 담당할 것이며, 룬드벡社에서 실질적인

판매를담당

‘분자약농’은 동·식물을 이용하여 인체의 질병을 예방, 진단,

치료의 목적으로 이용될 수 있는 특수 펩타이드, 단백질 혹은

특수물질을생산하는시스템을총칭하는용어로정의될수있다.

이는 최근 발달한 농업생명공학기술이 의학과 융합하여 새로운

학문 분야를 형성한 결과로서“Molecular pharming”,

“Molecular farming”, “Plant factory”, “Biopharming”,

“Farmaceuticals”등의 용어들이 사용되고 있다. 특히 기존에

이미수천년동안작부체계가확립되어농민들이손쉽게재배및

식물을 이용한신약공장 시대의 도래

본고에서는인슐린, 락토페린, 라이소자임, 혈청알부민등치료용물질을생산하는

분자약농용유전자변형식물의실험실또는온실단계연구개발현황과포장시험을

위한 안전성평가 신청 동향을 통해 향후 신약공장으로서의 유전자변형식물의

상용화를전망해보고자한다.


식물을이용한신약공장(분자약농)의

정의

이신우ㅣ [email protected]

진주산업대학교 작물생명과학과

관리가이루어질수있으며, 인간이수천년동안 섭취하여 온 작물을 이용하는 것

이 미생물이나 다른 화학공정시스템을 이용하여 생산하는것보다생산단가는낮추

고안전성은높일수있는장점이있다. 예를들어200에이커의 옥수수 농장이 4억

달러짜리공장이매년생산할수있는약과동일한양을생산할수있다고한다면이

는실로엄청난파급효과를농업분야에미칠수있을것이다. 이렇듯식물을이용한

분자약농은농업, 특히작물을재배하는농부와농장에관한패러다임이엄청나게변

화할것을예고하고있다.

뿐만아니라, 식물은이미다양한종류의이차대사산물(약10만종으로추정)을생산

하고있으며1) 이들중에는50%는아직그구조도완전히밝혀져있지않은미지의

화합물이다2). 최근에는개개의식물이생산하는고유의이차대사화합물을보다높

은 농도로 축적시키거나 약간의 화학적 구조 변경을 통해 보다 강력한 효능을 갖는

물질로 변화시키고자 하는 연구, 즉 식물대사공학 연구 분야가 조합화학

(Combinatorial chemistry) 또는분자신약설계(Computational drug design) 분

야와 함께 대용량 스크린기술(High throughput technology)의 등의 접목으로 활

발하게이루어지고있다3).

세계의 생명공학기술을 선도하고 있는 미국을 중심으로 유럽 국가 등은 향후 실

용화될 식물생명공학 산물은 이러한 분자약농 산물이 주를 이룰 것이라고 전망

하고 있으며, 이와 관련된 식물생명공학 벤처회사들이 많이 탄생하고 있는 실정

이다. 현재까지는 주로 진단용 시약이나 특정 질병에 대한 항원과 항체 등을 생

산하는 식물로 국한되어 왔으나 주요 학술지 등에 발표되는 논문 또는 각종 언론

매체를 통하여 발표되는자료들을분석하여보면향후수년내에실용화가가능한

분자약농의산물은실로 다양할 것으로 기대된다.

일반적으로 어떤 특정한 유전자변형식물(이하‘GM식물’)이 새로이 개발되어 식품

또는사료 등으로 시장에 출시하기 까지는 실험실, 온실, 포장, 상업적 재배 등 여

러단계에서안전성평가과정을거쳐야한다. 특히본고에서논하고자하는분자약

1)

23KBCH

기획 1 ｜ 식물을 이용한 신약공장 시대의 도래

주요국가의분자약농용유전자변형식물의포장시험신청접수현황

2)

3)

De Luca, V. and St Pierre, B.(2000) The cell and developmentalbiology of alkaloid biosynthesis.Trends Plant Sci. 5, 168-173

Verpoorte, R. (1998) Explorationof nature's chemodiversity: therole of secondary metabolites asleads in drug development. DrugDiscov. Today 3, 232-238

Oksman-Caldentey, KM and InzeD. (2004) Plant cell factories in thepost-genomic era: new ways toproduce designer secondarymetabolites. Trends in PlantScience 9(9) : 433-440

4)

5)

6)

농용 GM식물은 이들의 안전성평가 과정 이외에도 시험용 동물과 자원하는 환자를

이용한 인체 임상시험까지 통과를 하여야 한다. 일반적으로 실험실이나 온실 단계

에서분자생물학적검정이완료되면엄격하게일반인의출입이통제된격리포장에서

안전성평가를거쳐야하며, 미국의경우는동·식물검역소(APHIS)를통하여포장

시험을위한허가를얻어야실험을수행할수있다.

미국의동·식물검역소(APHIS)의자료에의하면2008년한해동안에GM작물의

포장시험 허가(Permit) 및 신고(Notification)를 위한 신청 건수는 총 1,727건이

었으며, 이를 다시 도입된 농업적 형질의 특성별로 분류하여 보면 가뭄, 추위 등의

불량환경에잘자라도록개선하 거나수량또는생산성을증대시킨것과같은농업

적특성(Agronomic Properties, AP)에 해당하는 것이 474건으로 가장 많았으며,

그다음으로제초제저항성(Herbicide Tolerance, HT)이382건, 품질개선(Product

Quality, PQ)이 310건으로 많은 건수를 차지하 다. 이 외에도 해충저항성(Insect

Resistance, IR)이 160건, 마커유전자(Marker Gene, MG)에해당하는것이 157건,

곰팡이저항성(Fungal Resistance, FR)이49건, 바이러스내성(Viral Resistance,

VR)이 23건, 세균저항성 (Bacterial Resistance, BR)이 11건, 선충저항성

(Nematode Resistance, NR)이 10건, 그리고 기타(OO)에 해당하는 것들이 151건

으로 조사되었다4). 이들 중 농업적 특성 (AP)과 품질개선(PQ) 그리고 기타(OO)에

관한신청건수가점차확대되는것이최근들어나타난뚜렷한특징이라할수있다.

보다 구체적으로 조사하여 보면 이들 중에는 인체 유용단백질의 생산, 약리성 단백

질의 생산, 플라보노이드 화합물과 같은 특정 화합물의 고농도 축적, 백신 생산,

항알레르기성 물질 생산, 주요 필수아미노산의 함량 증가, 오메가-3 지방산 함량

증가, Novel protein 생산, 토코페롤(Tocopherol) 등특정비타민의함량이증대된

것 등이 있으며, 분자약농용 GM식물의 포장시험 건수가 꾸준히 증가하고 있다는

사실을확인할수있었다.

특히 캐나다뿐만 아니라 최근에는 GM식물을 가장 반대하는 유럽연합(EU) 국가에

서도분자약농용GM식물에대한포장시험신청건수가증가하고있는것으로조사

되었다. <그림 1>에서 요약한 바와 같이 미국의 경우 2004년도에 15건, 2005년도

에는 21건, 2006년도에는 16건이포장시험을위한안전성평가시험을위해신청되

었으며, 2007년과2008년도에는각각12건, 11건이신청되었다. 캐나다의경우에도

2004년도에는 7건, 그리고 2005년도에는 10건으로증가하 으나 2006년도이후

에는 단지 1~2건만 유지하 다5). 유럽연합(EU)의 경우에도 2004년까지는 분자약

농용GM식물의신청건수는없었으나2005년도부터1~2건씩보고되었다6).

미국은가장많은건수의분자약농용GM식물의환경위해성평가를신청하는국가로


www.aphis.usdagov

www.inspection.gc.ca/english/plaveg/bio/confine.shtml

http://gmoinfo.jrc.ec.europa.eu/gmp_browse.aspx

해마다그건수가증가하고있다. 기존에는일부작물에성공한특정유전자즉항암,

항체, 질병 진단, 질병 치료 등에 이용되는 단백질 또는 물질을 집적시킬 수 있는

유전자를다양한종류의작물에도입하거나또는다른지역에서의포장시험을위한

신청건수로대부분중복된것들이다. 그러나최근에는도입유전자및용도가점점

더다양화되어가고있음을알수있다. 이에미국에서현재까지연도별로신청한분자

약농용 GM식물의 포장시험 건수를 요약하여 <부록1>에 별도로 첨부하 다. 신청

기관은 대학교가 아이오와 주립대학교, 워싱턴 주립대학교, 켄터키 대학교 등이었

으며, 나머지는 벤처회사인 Chlorogen Inc., SemiBiosys Genetics, Novoplant,

Ventria BioScience, Planet Biotechnology, EdenSpace Systems cooperation,

Prodigene, Large Scale biology 등이었다.

작물로는 옥수수, 담배, 홍화(Safflower), 보리, 완두, 벼 등 6작물이 분자약농용

GM식물로사용된것으로조사되었다. 이들의용도는인체모유성분인락토페린과

라이소자임, 혈청알부민 등을 의료용 목적으로 식물에서 생산하고자 한 것이며,

설사병을치료하기위한장내세균의항체, 인슐린, 충치예방백신, 소성장호르몬,

질병의 진단용 항체, 전분 분해효소, 엽록체를 이용한 의료용 물질의 생산, 젤라틴,

페닐케토뉴리아라고 하는 필수 아미노산의 대사 장애를 치료하기 위한 의료용

phenylalanine ammonia-lyase 효소, 의료용단백질분해효소저해제(Aprotinin),

의료용 단백질 분해효소(트립시노겐) 등의 생산을 목적으로 하고 있는 것들로 조사

되었다.

그림 1. 분자약농 GM식물의 포장시험을 위한 안전성평가 신청서 접수 현황

25KBCH


한편, 이들신청건수중신청자가희망하는포장시험재배면적을조사하여본결과

2004년도에는 276.61에이커로조사되었으나, 2005년도에는 456.29에이커, 2006

년도에는 799에이커, 2007년도에는 811.08에이커 그리고 2008년도에는 2672.85

에이커로서 해마다 2배 이상 증가하는 추세를 확인하여 그 실용화가 임박하 다는

사실을알수있었다(그림2).

유럽연합(EU)에서도프랑스, 독일등을중심으로분자약농용GM식물에관한포장

시험이 진행 중인 것으로 알려져 있다(표 1). 회사로는 Meristem Therapeutics,

Librophyt Sas, Novoplant GmbH 그리고 대학연구기관으로서 로스토크 대학교가

포장시험을 신청하 으며, 용도로는 항암치료용 등의 항체 그리고 리파이제 등

의료용을목적으로하는효소, 혈청알부민, 또는테르펜계통의특수용도물질을생산

하기위한것이었다.

표 1. EU에서의 포장시험 중에 있는 분자약농용 GM식물 현황

국가 개발기관 도입형질의 특성

프랑스 Meristem Therapeutics 항암치료용단클론항체생산옥수수

프랑스 Meristem Therapeutics 위 지방분해효소(Gastric lipase) 생산 옥수수

독일 University of Rostock 의료물질생산용감자

프랑스 LIBROPHYT SAS Taxane diterpenoid 생산 담배

독일 Novoplant GmbH 항체생산완두

TAPTOP 헝가리Tan csad Szolg ltat Bt.

의료용 혈청알부민생산보리


그림 2. 미국의 분자약농 GM식물의 포장시험 재배면적

GM작물이 포장시험을 하기 전까지는 실험실 혹은 온실에서 확인하여 과학적으로

실용화 가능성을 조사하는 과정을 거치며, 여기에는 상당한 연구 기간이 소요된다.

따라서 대부분의 GM식물은 이 단계에서 전문학술지 또는 기타 언론매체를 통하여

공개된다. 그리고 수년 간의 포장시험을 통한 안전성평가를 거쳐 환경방출 여부를

결정하게된다. 그렇기에발표자료를조사하면향후실용화가될GM식물들을미리

예측할수있다.

국내의경우한국생명공학연구원의바이오안전성정보센터(KBCH)에서는전세계에서

보도되는 유전자변형생물체(LMO)에 관한 개발 동향을 매월 취합하여 일반인들이

언제라도열람이가능하도록공개하고있어매우편리하게이용이가능하도록하고

있다(www.biosafety.or.kr). 2008년12월말까지보도된자료들을종합하여본결과

2005년도에는총91건의새로운GM식물이온실또는실험실에서개발되었다고보고

되었으며, 이 중에서 약 40%에 해당하는 36건이 분자약농용 GM식물과 관련된 것

이었다. 또한 2006년도에는 총 114건의 약 45%에 해당하는 51건, 2007년도에는

총83건의약30%에해당하는25건, 그리고2008년도에는총124건의25%에해당

하는31건이분자약농용GM식물에관련된것으로조사되었다(그림3).

향후포장시험단계의분자약농용GM식물개발현황

그림 3. 실험실 또는 온실 단계에 있는 분자약농용 GM식물의 연도별 개발 동향

27KBCH


이들을다시연구개발대상식물별로조사하여본결과담배가25건으로가장많았

으며, 그 다음으로 벼와 토마토가 각각 12건으로 두 번째로 많이 분자약농용 GM

식물의 대상으로 이용되었다. 그 다음으로는 콩(9건), 옥수수(7), 땅콩(6), 상추(6),

감자(5), 홍화(5), 당근(4), 양배추(3), 알팔파(3)으로조사되었다. 이외에도 , 보리,

사탕수수, 빙카, 유채, , 바나나, 사과, 포도, 겨자, 민트, 버섯, 이끼, 백일초, 녹조류,

사탕무, 카사바, 목화, 애기장대, 해바라기, 피마자, 냉이 코코넛, 호프 등이 각각

1~2건씩보고되었다(그림4).

이들을 다시 그 용도별로 분류하여 본 결과 인체 면역능력을 증가시키거나 주요

무기성분을강화시킨건강기능보조식품으로응용이가능한것들이46건으로가장

높게 나타났다. 이어서 각종 천연두, 콜레라, B형 간염 등의 백신, 항체, 항원 등의

생산이 목적인 것이 37건이었으며, 알레르기 저감, 자궁경부암 등의 항암기능물질

생산, 동물의 질병을 치료하기 위한 것들이 각각 11건, 9건, 8건 등의 순으로 조사

되었다. 이 외에도 기타 질병의 치료에 이용될 수 있는 것들이 34건으로 많이 차지

하 다(그림5).


5 5 4 3 3

그림 4. 실험실 또는 온실 단계에 있는 분자약농 GM식물별 개발 동향

7)

본 연구에 관한 자세한 내용은본지 p.34참고

8)

그림 5. 실험실 또는 온실 단계에 있는 분자약농용 GM식물의 용도별 개발 동향

2009년 5월 뇌졸중, 심근경색, 폐색증의 치료 물질인 혈전용해제 t-PA(tissue-

type Plasminogen Activator)를 식물에서 대량생산하는 기술이 국내의 연구진에

의하여 개발되어 특허를 획득하 다7). 따라서 국내의 경우에도 지난 10여 년간

농업생명공학기술의 국가경쟁력 제고를 위하여 연구개발을 지속적으로 투자하여

온농촌진흥청의바이오그린21사업, 교육과학기술부의21세기프론티어사업, 농림

기술관리센터등에의하여상당한기반을확립하 다고사료된다.

이처럼대학교, 국공립연구소등의실험실또는온실에서다양한종류의GM작물이

개발중에있으며, 특히분자약농용GM식물을포함하여차세대GM작물의개발에

관한 국제 SCI논문 발표 건수가 해마다 증가하고 있다고 한다. 2009년 4월, 농촌

진흥청바이오그린21사업단의주최로서울코엑스에서개최된「2009농업생명공학

우수성과발표회」에 발표된 포스트8)와 한국식물학회와 한국식물생명공학회가 연합

으로 개최한 심포지엄에 발표된 포스트9)를 종합적으로 분석하여 본 결과 차세대

GM작물에관한발표가각각9건과17건을차지하 다.

29KBCH


국내분자약농용GM식물의연구개발동향

2009 농업생명공학우수성과발표회,농촌진흥청 Biogreen 21 사업단,Coex.

2009 한국식물학회-한국식물생명공학회 Joint Meeting, Epigenetics& RNA Biology, 김대중 컨벤션센터, 광주

9)

10)


한편 농촌진흥청의 바이오그린 21사업단에서는 돼지 설사병 예방용 항체의 대량

생산할 수 있는 시스템 개발, 항산화효과가 토코페롤보다 수 백배나 뛰어난 기능성

keto-carotenoid 화합물을 대량생산하는 감자 및 당근의 개발, 식물 최적화발현

시스템을통한대장암예방및치료용단백질의대량생산등분자약농용GM식물의

개발 및 실용화를 위한 프로젝트를 지원하고 있는 것으로 조사되었다. 그러나 생물

학적 스트레스저항성(Biotic Stress Resistance)과 무생물학적 스트레스 저항성

(Abiotic Stress Resistance) 식물 등 농작물의 생산성 증대와 관련된 연구 프로

젝트와비교하여보면아직턱없이낮은수준이다10).

인간의 평균수명이 해마다 증가하면서 인간의 건강욕구지수는 무한대로 증가하고

있다. 따라서 인류의 건강에 도움이 될 수 있는 건강기능 보조식품의 수요는 날로

증가하고있다. 뿐만아니라기존농업의개념을벗어나서항암제, 또는당뇨병등의

각종인간의불치병을치료할수있는의약품을생산하는옥수수, 벼등의농작물을

개발함으로써 향후 논이나 밭에서 단순히 식량으로서의 작물을 재배하던 시대에서

탈피하여값비싼의료약품을생산하는신약공장으로서의기능을하는새로운新농업

시대가다가오고있다.

그러나 국내의 경우 자체 기술로 개발하여 안전성평가를 완료한 GM작물은 아직

단한건도없다. 즉국내의시장에도입을승인한GM작물은모두외국에서개발한

것들이다. 따라서 향후 국내에서의 농업생명공학기술의 경쟁력을 강화하기 위하여

서는GM작물의안전성평가기술이확보되도록유도하는한편안전성평가관련법령,

포장시험및신청서작성기준등의마련이우선되어야한다고사료된다.

아울러 향후에는 기존의 생산성에 국한된 제1세대 GM작물의 개발에서 탈피하여,

인류의건강을위한건강기능성이증대된작물, 의료산업에이용될수있는특정물질

또는단백질을생산하는분자약농용GM식물의개발을위하여보다체계적인지원이

이루어져야할것으로사료된다.

결론

2008년도『바이오그린21사업』연구개발계획요약서, 농촌진흥청,

31KBCH


부록1. 미국의분자약농용GM식물의포장시험현황

년도신청회사

작물 용도접수일

결과 재배및 기관 (월/일/년)

2008 Ventria Bioscience 벼 인체모유성분락토페린, 라이소자임, 혈청알부민생산 04/02/2008 승인 Yes

Iowa State University 옥수수 설사병치료 02/26/2008 승인 Yes

University of Minnesota 옥수수 미공개 01/09/2008 철회 No

Ventria Bioscience 벼 미공개 12/21/2007 철회 No

Ventria Bioscience 벼 락토페린, 라이소자임, 혈청알부민생산 12/08/2007 승인 Yes

Ventria Bioscience 벼 락토페린, 라이소자임, 혈청알부민생산 12/07/2007 승인 Yes


SemBioSys Genetics 홍화 인슐린생산 09/28/2007 승인 Yes

SemBioSys Genetics 홍화 인슐린생산 12/29/2006 승인 No

Planet Biotechnology 담배 충치예방백신생산 12/20/2005 승인 No

2007 Iowa State University 옥수수 설사병예방 02/21/2007 승인 Yes

Chlorogen, Inc. 담배 미공개 02/15/2007 철회 No

Washington State University 보리 락토페린, 라이소자임 12/18/2006 승인 Yes

Novoplant 완두콩 충치예방백신 12/01/2006 승인 No

Ventria Bioscience 벼 락토페린, 라이소자임 11/01/2006 승인 Yes

Ventria Bioscience 벼 혈청알부민 10/12/2006 승인 Yes

Ventria Bioscience 벼 락토페린, 라이소자임,혈청알부민 10/12/2006 승인 Yes



SemBioSys Genetics 홍화 성장호르몬 09/07/2006 승인 No

Planet Biotechnology 담배 진단용항체 12/20/2005 승인 No

2006 CBI 옥수수 미공개 04/24/2006 철회 No

Edenspace Systems Corporation 담배 endoglucanase, 전분 분해효소 03/29/2006 승인 Yes

Iowa State University 옥수수 설사병치료항체 03/02/2006 승인 Yes

Chlorogen, Inc. 담배 엽록체이용유용물질생산 02/24/2006 승인 Yes

Planet Biotechnology 담배 충치예방백신 02/06/2006 승인 Yes

Novoplant 완두콩 미공개 12/21/2005 승인 Yes


Washington State U 보리 락토페린, 라이소자임 12/06/2005 승인 Yes



Ventria Bioscience 벼 락토페린 11/28/2005 승인 Yes

Ventria Bioscience 벼 라이소자임 11/28/2005 승인 Yes

SemBioSys Genetics 홍화 성장호르몬 11/16/2005 승인 Yes

SemBioSys Genetics 홍화 미공개 11/14/2005 취소 No


Ventria Bioscience 벼 혈청알부민 10/20/2005 승인 Yes

2005 Ventria Bioscience 벼 락토페린 04/27/2005 승인 Yes

Ventria Bioscience 벼 라이소자임 04/27/2005 승인 Yes

Iowa State University 옥수수 젤라틴 04/15/2005 철회 No

Washington State U 보리 미공개 03/31/2005 승인 Yes



Iowa State University 옥수수 설사병예방백신 03/10/2005 승인 Yes

Univ of Kentucky 담배 PAL 효소(대사장애환자치료용) 03/02/2005 승인 Yes

Planet Biotechnology 담배 미공개 02/23/2005 철회 No


SemBioSys Genetics 홍화 미공개 01/25/2005 승인 Yes


년도신청회사



부록 1. 미국의분자약농용GM식물의포장시험현황 - 계속 -

33KBCH


SemBioSys Genetics 홍화 질병진단용항체 01/25/2005 승인 Yes

SemBioSys Genetics 홍화 질병진단용항체 01/25/2005 승인 Yes


Chlorogen, Inc 담배 엽록체이용유용물질생산 12/20/2004 승인 Yes

Yes

Yes

Ventria Bioscience 벼 라이소자임 11/04/2004 철회 No

Ventria Bioscience 벼 락토페린 10/28/2004 철회 No

SemBioSys Genetics 홍화 미공개 06/16/2004 철회 No



2004 Iowa State University 옥수수 설사병예방백신 05/10/2004 승인 Yes

ProdiGene 옥수수 의료용단백질분해효소억제제(Aprotinin) 04/30/2004 철회 No

ProdiGene 옥수수 질병진단용백신 04/30/2004 조건부승인 No

Chlorogen, Inc 담배 혈청알부민 04/23/2004 승인 Yes

No

Yes

ProdiGene 옥수수 의료용단백질분해효소(트립시노겐) 04/23/2004 철회 No

Ventria Bioscience 보리 락토페린 04/13/2004 승인 Yes

Chlorogen, Inc 담배 미공개 03/17/2004 철회 No

No

No

Iowa State University 옥수수 미공개 03/05/2004 철회 No


Large Scale Biology 담배 의료용단백질분해효소억제제(Aprotinin) 02/13/2004 승인 No

Prodigene 옥수수 의료용단백질분해효소(트립시노겐) 02/09/2004 승인 Yes


SemBioSys Genetics 홍화 미공개 09/23/2003 승인 Yes

Garst 옥수수 미공개 05/23/2003 승인 Yes

년도신청회사



식물시스템을 이용하여 바이오의약품·산업용 소재를 생산하는 식물공장(Plant

factory) 개념의 기술은 식량 생산기능 농업을 산업화 소재 생산기능 농업으로 그 패러

다임을전환시킬수있는미래형 기술이라 평가되고 있다. 식물시스템을 이용하여 농업

생명공학 연구성과의 고부가 산업화 촉진(Gene to Market) 및 새로운농업생산소

식물시스템을 이용한 t-PA(tissue-plasminogen activator) 생산 기술

본고에서는형질전환알팔파와참외모상근에서생산되는혈전용

해제t-PA의생산원리및특성, 동물세포유래t-PA와의동등성

비교, 기대효과및향후계획등에대해알아보고자한다.


한범수ㅣ[email protected]

국립농업과학원 농업생명자원부 기능성물질개발과

식물시스템을이용한바이오의약품생산연구현황

35KBCH

기획 1 ｜ 식물시스템을 이용한 t-PA(tissue-plasminogen activator) 생산 기술

득창출(Farm to Market)을기대할수있는분자농업(Molecular farming)이추구

하고자 하는 목적이다. 오늘날 재조합단백질 의약품 시장은 전체 의약품 시장성장

률에비해2~3배이상고성장중이며, Frost & Sullivan의분석자료(2005)에의하

면, 바이오의약품시장규모는450억달러(2004)에서982억달러(2011)로증가할것

으로 추정되고 있다. 또한 여러 분석자료를 종합하면, 의약품들 중에서 바이오의약

품(동물 또는 식물)이 차지하는 비중은 2010년에 35%까지 확대될 것으로 예상되

고 있다. 이러한 시대에 흐름에 맞추어, 현재 120여개의 연구 집단들(벤처회사, 대

학교, 연구소 등)이 분자농업에 대한 연구 및 산업화를 위한 연구를 추진하고 있다.

이러한 식물을 공장 개념으로 이용하여 의료용 단백질을 생산하고자 하는 기술이

현실로 가능하게 여겨지는 이유로는 무엇보다 시설 투자비 또는 개발비가 저렴하

여 생산단가 경쟁력 측면에서 실용화 가능성이 높고, 식물시스템을 이용하여 생산

된 물질은 바이러스 등과 같은 인수공통전염병의 잠재적 위험성이 없는 안전한 의

약품 공급을 가져올 수 있다는 점이다. 식물시스템을 활용하여 바이오의약품을 생

산하면 초기 투자비용이 미생물 발효시스템에 비하여 2%~10% 절감되는 효과를

가지며, 동물세포시스템과비교하면0.1%의비용이절감된다고알려져있다. 구체

적으로항체생산을예로들면, 형질전환동물에서 생산할 때와 비교하면 절반의 비

용절감효과를, 동물세포시스템과 비교하면 20배의 비용 절감효과를 나타낸다고

보고되었다. 또한 동물시스템과 비교시 크게 우위성을 나타내는 예로, 아비딘

(Avidin)을 생산할 경우 식물체에서의 발현률을 20%로 가정할시 대략 36L의 옥수

수는1,000kg의계란에서생산되는것과동등한생산량을나타낸다는보고가있다.

오늘날분자농업을활용한몇몇의연구결과는이미시장에진입하여상업화에성공

하 다. 현재 분자농업의 주요 시장 공략은 상용화 접근이 쉬운 연구용 및 진단용

시약을비롯한산업적소재분야에서도가시적성과를거두고있다(표1).

용어설명

□ 분자농업 : 유전공학을이용하여식물체나세포를변형시켜의료용 단백질, 기능성 물질 등을 생산하도록하는농업의형태를뜻한다.


표 1. 분자농업을 이용하여 상용화된 단백질

상품 상품명 원료 작물 유래유전자 상업화 목적 생산사

(Product) (Trade name) (Pharma crop)(Source of (Commercial (Companygenes) purpose) producing)

Avidin Recombinant Transgenic corn Chicken Research & ProdiGeneavidin diagnosis (USA)

Aprotinin AproliZean Transgenic corn Cow Research & ProdiGenediagnosis (USA)

Aprotinin AproliZean Modified viral Cow Research & Large Scalevectors in tobacco diagnosis Biol. (USA)

β-Glucuronidase N/A Transgenic corn Bacteria Research & ProdiGenediagnosis (USA)

Trypsin TypZean Transgenic corn Cow Research & ProdiGenediagnosis (USA)

Lactoferrin N/A Transgenic rice Human Research Ventria Biosc.(USA)

Lysozyme N/A Transgenic rice Human Research Ventria Biosc.(USA)

Thyroid-N/A Transgenic Human Diagnosis Nexgen(Korea)stimulating

Oriental melonhormonereceptor

Hantaan andN/A Transgenic Virus Diagnosis Nexgen(Korea)puumala viral Oriental melon

antigens

Peroxidase N/A Transgenic corn Fungus Paper bleachingAppliedBiotechnologyInstitute(USA)

Laccase N/A Transgenic corn Fungus Paper bleachingAppliedBiotechnologyInstitute(USA)

Cellulase N/A Transgenic corn Fungus EthanolApplied

productionBiotechnologyInstitute(USA)

또한 현재 18개의 식물 유래 의약품(plant-made pharmaceuticals, PMP)이

치료용을 목적으로 시장에 진입하기 위해서 임상실험이 진행되고 있으며, 대표적

연구들로는 항체(CaroRX, lgG (lCAM1), Fv antibodies, Rhino RX), 백신

(Escherichia coli heat-labile toxin, Vibrio cholerae, HBsAg, LT-B

vaccine,TGE vaccine, Norwalk virus capsid, Newcastle vaccine, Viral

vaccine mixture, Cancer vaccine 등), 및 치료용 단백질(Gastric lipase,

Human intrinsic factor, α-Galactosidase, α-Interferon, Lactoferrin,

Interleukin, Fibrinolytic drug, Glucocerebrosidase, Insulin,

Apolipoprotein Al 등) 등이있다. 이러한식물을공장으로활용하여바이오의약품

생산을하고자하는세계적인추세와국내단백질의약품개발현황을비교하여보면,

국내에서도 1990년대에 들어 동물세포 및 미생물 시스템을 활용하여 인터페론,

출처: Crit. Rev. Biotechnol., 28:153-172, 2008

성장호르몬, 조혈촉진인자(EPO), 콜로니자극인자등이국내자체기술로개발되어

시판되고 있고, 국내 단백질의약품의 시장규모는 2003년도에 약 1조원에서

20~30%씩성장하고있다. 이러한바이오의약품의상승적인시장규모에도불구하고

식물을공장으로활용하여치료용단백질의약품을생산하고자하는국내현황은아직

연구단계에머물러있으며, 보다적극적인연구분위기활성화와정부의적극적인

지원책이요망되고있는실정이다.

혈전용해제 t-PA(tissue-type plasminogen activator)는 섬유소(Fibrin) 표면

에서, 활성이 없는 형태의 플라스미노겐(Plasminogen)을 활성이 있는 플라스민

(Plasmin)으로전환시켜혈전의주단백질인피브린의분해를유도하는단백질분해

효소로알려져있다(그림1).

37KBCH


식물시스템활용한 t-PA 생산을위한경제성분석

그림 1. t-PA 혈전용해 작용 기작

용어설명

□ PMP(plant-made pharmaceuticals) : 식물시스템을 활용하여 생산된 의료용 단백질□ 혈전(血栓, thrombosis) : 관 벽에 세포 부스러기, 지질, 섬유소 등이 쌓여 커진 것을 말한다. 혈전

으로 인한 병적 상태를 혈전증이라고 하며, 이러한 혈전증으로 유발되는 질병으로는 심근경색, 뇌졸중, 폐색전증 등이 있다.

□ 혈전용해제 : 혈전 심장이나혈관에혈액이응고된덩어리를녹이는물질로 t-PA, 유로키나제, 스트렙토키나제가있다.

□ t-PA(tissue-plasminogen activator) : 혈관 내피세포에서 발현되는 단백질로 혈액내 플라스노겐(plasminogen)을 활성이 있는 플라스민으로전환시켜 섬유소(fibrin)을 분해하도록 하는 세린프로테아제종류 중 하나이다.

이처럼생체내에서활성화된피브린용해(Fibrinolysis) 과정의조절은혈액내에

존재하는 두 억제제(PAI-1와 α2-antiplasmin)에 의해서 조절이 이뤄지며, 이 중

PAI-1는 생체 내에서 t-PA에 특이적으로 결합하는 억제제로 알려져 있다. 인체

유래의 t-PA는분자량70kDa(pI 7-8)의단일사슬구조로4개의도메인으로구성

되어 있다. 이들은 피브린 클랏(Fibrin clot)의 특이적 결합에 중요한 도메인

(Finger&Kringle 2 domains), 혈관 내에 t-PA 제거에 관여하는 도메인

(Finger&Epidermal growth factor domains), 프로테아제 활성 도메인(Serine

protease domain)으로구성되어있다(그림2).

현재상업적목적을위해사용되는 t-PA는CHO 세포와대장균에의해서생산되고

있으나, 혈전 질병 치료를 포함한 다른 치료 분야의 응용을 위한 접목기술 개발을

위하여더많은 t-PA의공급과, 의약품으로써보다안전하고, 소비자가더저렴하게

이용할수있도록하는새로운대량생산시스템이요구되고있다.

식물체를활용한 t-PA의생산을추진가능케하는경제적인측면을살펴보면, 재조합

t-PA의 전 세계 시장규모는 2008년도에 6억 9천 6백만 달러로 알려져 있는데

(Datamonitor社), 현재국내에서사용되는 t-PA 50mg당79만4,856원(액티라제,

의약품정보센터) 금액으로 산출된 그램당 t-PA 가격은 약 3천 2백만원에 해당한

다. 또한 t-PA 단백질 특성 및 혈전관련 분석을 위한 연구용 시약으로 판매되는

t-PA의 가격은 53만 5천원/10μg(Sigma)과 116만원/1mg(Calbiochem)으로현재

분자농업용 옥수수에서 생산된 TrypzeanTM(Sigma)의 가격(19만 5천원

/10mg(Sigma))과비교해보면상대적으로약60배정도고가이다. 이러한고가의

가격은식물체를활용하여 t-PA를생산하고자하는연구의경제적측면의당위성을

뒷받침한다.

또한 t-PA의 물질특허가 2005년에 만료되어 바이오제네릭 시장에서 가격경쟁

충돌이 예상된다. 이렇듯 가격경쟁력 측면에서 식물시스템을 이용한 혈전용해제

생산은 단가가 저렴해 많은 시장점유율 확대가 가능하므로 식물공장 개념으로

활용한 t-PA 생산은타당성이있다고생각한다.


그림 2. t-PA 단백질의 구조

5개의 역(finger domain(F), epidermal growth factor domain(E), two kringle domains(K1과K2), protease domain(P)

으로구성되어있음.

그림 3. t-PA 생산 식물체 및 모상근 생산 과정

1) t-PA 생산기술원리

식물체를활용하여 t-PA를생산하기위해서우선형질전환이잘되는모델식물인

담배를 선택하여 가능성을 조사하 다. 담배세포 내에 발현된 재조합 t-PA는

기존의 동물세포 배양시스템에서 생산된 재조합 t-PA와 동등한 인공 혈전용해

활성이 있음을 확인하 고, 이로써 식물을 t-PA 생산공장으로 활용할 수 있다는

가능성을확인하 다. 식물공장을이용한 t-PA 상용화를목적으로연간수확량이

비교적많은알팔파를작물로선택하 으며식물시스템을활용한 t-PA 생산의조기

실용화 목적과 의약품 생산시 GMP시설에 적합하고, 무균 상태로 배양이 가능한

참외모상근(hairy root) 기내배양시스템을개발하 다(그림3).

39KBCH


식물유래 t-PA 생산기술의원리및재조합 t-PA 특성분석

용어설명

□ GMP : 우수의약품 재조시설(참고로 의약품생산은 GMP시설 허가를 받은 곳에서만 이루어짐)

□ 배양 : 유전자변형생물체의 제작 과정의 마지막 단계로 생물조직에서 떼어 낸 작은 조각을 유리그릇안에서 적당한 양분을 주어 생존·증식시키는 일


재조합 t-PA를 발현하는 식물체 및 모상근을 만들기 위해서 인체 유래 mRNA

으로부터역전사효소에의해서합성된 t-PA 유전자를이용하 고, 식물코돈이용

(Codon usage)에 맞게 최적화한 유전자를 합성하 다. 이렇게 만들어진 t-PA

유전자를 식물세포 내에서 발현이 가능하도록 식물 형질전환용 발현 벡터에 탑재

한후알팔파어린잎과참외떡잎조직에아그로박테리아(Agrobacteria)를매개하여

식물체에 도입하 다. 적당한 호르몬 조성하에서 유도된 체세포배와 모상근을

형질전환이 되지 않는 조직과 구분하기 위해서 항생제와 제초제를 이용하여 형질

전환된식물및모상근을선별하 으며, 선별된각각의형질전환체의인공혈전용해

활성과 t-PA 발현단백질 함량을 측정함으로써 우수 개체를 선별할 수 있었다

(그림 3). 이렇게 선별된 t-PA 발현 알팔파의 포장내 증식 과정에서 표현형 등을

조사하 고, t-PA 발현모상근은기내에서대량생산을위하여18L의생물반응기를

이용하여2주에 10배로증식할수있는조건을확립하여대량생산시스템을갖추게

되었다(그림4). 이렇게생산된 t-PA는정제과정을거쳐시약용이나치료용목적

으로사용된다.

그림 4. 형질전환체 선별 및 증식 과정

용어설명

□ 코돈(Codon) : DNA를 전사하는 mRNA의 3염기 조합, 즉 mRNA의 유전암호의 단위를 말하는데,이것에 의하여 세포 내에서 합성되는 아미노산의 종류가 결정된다.

그림 5. 식물체에서 생산된 t-PA 특성 비교

2) 식물시스템을활용해생산된 t-PA와동물세포에서생산된 t-PA의동등성비교

식물시스템에서생산된 t-PA와현재치료용으로사용하고있는동물세포유래 t-

PA의 생화학적 특성을 비교해본 결과, 인공혈전 용해 활성에 있어 피브린 사슬에

대한친화력이동등하여분해활성이유사하다는것과동물세포유래재조합 t-PA

단백질처럼인체내에서 t-PA의특이적억제제로알려져있는PAI-1(Plasminogen

activator inhibitor-1)에의해활성이 저해되는 것을 확인하 다. 또한 식물세포

내 발현된 프로테아제가 t-PA임을 확인하 고, 식물체에서 발현된 t-PA의 분자

량이동물세포에서만들어진 t-PA의분자량68 kDa과유사한분자량을나타냄을

확인하 다(그림 5). 이러한 연구결과를 바탕으로 식물체에서 생산되는 t-PA가

생체에서 동물세포에서 생산된 재조합 t-PA 유사한 효능을 가질 것으로 예측할

수있으며, 치료제로써사용가능할것으로기대되고있다.

41KBCH


이미 확보된 기술을 바탕으로 2건의 특허 등록 완료와 1건의 특허 출원을 진행 중

이며, 실용화 추진을 위한 다음과 같은 후속연구를 추진할 계획이다. 식물체에서

생산된 t-PA의 조기 실용화를 위하여 산업체에 기술 이전을 통한 시약 및 진단용

시장에 진출할 계획이다. 예를 들면 시약으로써의 응용 방향은 융합단백질에서

택(tag) 부분을제거하고목적재조합단백질획득을위하여절단용효소로가장많이

사용되는 트롬빈, 엔테로키나아제, FactorXa 등을 대체할 수 있는 시약으로 제품

화를 준비하고 있다. 또한 인체에 치료용 단백질로 적용하고자 동물/임상실험을

통한치료용단백질로효능및안전성을확보하는연구를추가로진행할생각이다.

또한 식물체 발현시 문제점으로 생각되는 당단백질의 당화(Glycosylation) 구조


식물체이용 t-PA 생산연구결과가중요한이유는현재시판중인재조합 t-PA에

비하여 가격 경쟁력이 있고, 동물과 미생물에서 정제시 우려가 되는 인체 병원성

바이러스 또는 독성 물질이 없는 보다 안전한 t-PA 생산이 가능하며, 별도의 설비

투자비가 필요하지 않아 필요시 언제든지 재배를 통하여 t-PA 생산 원료를 공급

할수있다는것에있다. 또한이러한연구결과를바탕으로확립된기술을이용하여,

인체유래유용유전자의식물체내단백질발현생산을위한기초연구자료및식물

체에서 생산되는 혈전용해제의 효소학적 활성 및 구조적 특성 연구자료 제공을

통한 식물체에서 생산된 의약품(Plant-made pharmaceuticals)의 선구적 연구자

료를제공하 다는데의미가있다. 또한국내분자농업분야에서가시적인산업화의

가능성을 열었고, 주요 바이오의약품(인슐린, 성장호르몬, 인터페론 알파/베타 등)

의 물질 특허가 만료됨에 따른 바이오제네릭 시장에서 가격경쟁 충돌이 예상되는

시점에서 식물시스템을 이용한 저렴한 바이오의약품 생산기술은 금후 시장 점유율

확대의중요한요인으로작용할것으로생각된다. 또한 t-PA 생산기술의수혜자로

생산자중농업인은신개념의농업소재를통해새로운소득원을창출할수있으며,

기업은식물유래의약품(PMP)으로국제경쟁력을확보할수있게될것이다. 또한

소비자는의료비용절감및안전한의약품을이용할수있게된다.

식물공장이용 t-PA생산기술의의의및기대효과

향후전망

문제를해결하고자미생물효소이용연구및식물체에서특이적으로존재하는당쇄

구조를 조절하는 유전자를 억제하는 기술을 접목하여 인체유래 당단백질과 구조를

같게하는작목을개발하는연구를추가로진행중에있다. 이외에도상용화를위한

의료용단백질들을생산시보다높은경쟁력을갖는하는식물체를생산하기위해서

발현양의 증대에 꼭 필요한 새로운 프로모터 발굴 및 발현양 증대를 늘리기 위한

적합한식물체발굴등의연구를추가로진행하여, 미래농업의새로운개척분야인

분자농업분야에크게기여하고자한다.

43KBCH


참고문헌

■ Basaran P, Rodr?guez-Cerezo E (2008) Plant molecular farming: opportunities and challenges. Crit Rev Biotechnol 28:153-172.

■ Hahn, BS, Sim JS, and Kim, YH (2009) Expression and Characterization of Human Tissue Plasminogen Activator in TransgenicTobacco Plants. Plant Mol Biol Rep 27:209-216

■ Hahn, BS (2007) Molecular farming: biopharmaceuticals and edible vaccine. The microorganism and Industry 33: 4-7.

■ Hahn, BS, Jeon, IS, Jung, YJ, Kim, JB, Park, JS, Ha, SH, Kim, KH, Kim, HM, Yang, JS, Kim, YH (2007) Expression ofhemagglutinin-neuraminidase protein of Newcastle disease virus in transgenic tobacco. Plant Biothechnology Report 1: 85-92.

■ Keyt BA, Paoni NF, Refino CJ, Berleau L, Nguyen H, Chow A, Lai J, Pena L, Pater C, Ogez J, Etcheverry T, Botstein D, BennetWF (1994) A faster-acting and more potent form of tissue plasminogen activator. Proc Natl Acad Sci USA 91: 3670-3674.

■ Kim, HM, Sim, JS, Rhee, Y, Pak, HK, Yoon, MS, Lim, KH, An, KS, Kim, YH, Hahn, BS (2009) Expression of Tissue-TypePlasminogen Activator and Its Derivative Proteins in Transgenic Tobacco Plants. Korean J Intl Agri 21:64-69.

■ Pak, HK, Sim, JS, Rhee, Y, Ko, HR, Ha, SH, Yoon, MS, Kang, CH, Lee, S, Kim, YH, Hahn, BS (2009) Hairy roots induction inOriental melon (Cucumis melo) by A. rhizogenes and production of the root-knot nematode. Plant Cell Tissue & Organ Culture(DOI 10.1007/s11240 -009-9556-4).

■ Sim, JS, Kim, YH, Hahn, BS (2009) Expression and Characterization of Synthetic Heat-Labile Enterotoxin B Subunit andHemagglutinin-Neuraminidase Neutralizing Epitope Fusion Protein in Escherichia coli and Tobacco Chloroplasts. Plant Mol BiolRep (DOI 10.1007/s11105-009- 0114-3).

■ Sim, JS, Rhee, Y, Ko, HR, Pak, HK, Kim, HM, Lim, KH, An, KS, Kim, YH, Hahn, BS (2009) Expression of Tissue-Type PlasminogenActivator and Its Derivative Proteins in Transgenic Alfalfa Plants. Korean J Plant Biotechnol 36:30-37.

■ Tate KM, Higgins DL, Holmes WE, Winkler ME, Heyneker HL, Vehar GA (1987) Functional role of proteolytic cleavage at arginine-275 of human tissue plasminogen activator as assessed by site-directed mutagenesis. Biochemistry 26:338-343.

■ 한범수 등. (2009년) 플라스미노겐 액티베이터 유전자를 포함하는 벡터, 상기 벡터에 의해 형질전환된 모상근 및 이를 이용한 플라스미노겐 액티베이터의 제조방법 (특허 제 10-0887367호)

■ 한범수 등. (2008년) 대장균 내독소 단백질 및 뉴캐슬병 바이러스 뉴라미니데이즈 에피토프의 융합단백질 및 이의 용도 (특허 제 10-0874256호)

■ 한범수 등. (2007년) 플라스미노겐 액티베이터 유전자를 포함하는 식물 형질전환용 벡터 및 상기 벡터에 의해 형질전환된 식물(특허 제 10-0791090호)

형질전환 식물을 이용한경구백신 개발 및 현황

본고에서는식물경구백신의개념, 생산방법,

기대효과, 대표적인국내외연구개발동향등대해

전반적으로살펴보고자한다.

‘식물경구백신’이란 인간이나 동물에서 질병의 예방을 위한 백신으로 이용

되는 항원유전자를 식물에 도입하여 이를 섭취하여 백신으로 이용하는 것

이다. Vaccination이란사람의경우에흔히예방주사라는용어와혼용되어

사용되는데, 이 Vaccination은 사람이나 동물에서 질병을 일으키는 원인


식물경구백신의개념및생산방법

양문식ㅣ[email protected]

전북대학교 생물과학부

생물에 대하여 미리 면역성을 갖게 함으로써 나중에 원인 생물의 공격에 대하여

사람이나 동물이 대비할 수 있는 능력을 갖게 하는 작업을 말한다. Vaccination

이라는 개념은 1796년 에드워드 제너(Edward Jenner)에 의하여 처음 제시되고

실용화되었는데, Jenner는우유를짜는여자들이천연두(Smallpox)에잘걸리지

않는다는사실에근거하여소의우두(Cowpox)를 이용하여사람의천연두를예방

하는데 성공함으로써 능동적인 면역반응을 유도하여 질병을 예방할 수 있다는

Vaccination 개념을처음으로제시하 다.

Vaccination에사용되는물질을백신이라하는데백신은제조방법에따라생백신

(Live vaccine), 사백신(Killed vaccine), 약독화 백신(Attenuated vaccine),

재조합 백신(Recombinant vaccine)으로 구분된다. 생백신은 질병을 유발하는

원인균을 대량으로 제조하여 질병을 유발시키는 수준보다 적은 양을 백신으로

접종하여 Vaccination을 유도한다. 하지만 자연 상태의 병원균을 직접 사용하기

때문에백신의접종에의하여질병이유발될수있는가능성이있다. 이러한생백신의

단점을 보완하기 위하여 원인균을 물리, 화학적 처리에 의하여 활성이 없어지도록

제조한 것이 사백신이다. 사백신은 생백신에 비해 안전하기는 하나 항원성이 현저

하게떨어지는경우가많다. 약독화백신은일반적으로화학적처리에의하여제조

되거나연속적인계대배양으로독성이약한변이주를분리해확보한약독화균주에

의하여 제조되며, 생백신의 우수한 면역성과 사백신의 안전성이라는 절충한 백신

이다. 약독화백신은지나치게독성이약화된경우에는면역성이심각하게떨어지는

경우도있으며, 균주의불안정성에의하여약독화균주가다시독성이강한형질로

전환될수도있다는단점이있다. 재조합백신은1980년대부터발전된유전자재조합

기술에힘입어그개념이발전되기시작하 다. 기본적인개념은병원균의구성요소

중 항원성을 가지는 부위의 유전자를 분리한 후, 이를 대장균이나 효모 등에서

발현시켜 병원균의 항원만을 제조하여 백신으로 사용하는 것이다. 대표적인 예는

제3세대 B형간염바이러스백신이있으며, 안전성면에서재조합백신은가장큰

장점을가지고있다.

45KBCH

기획 1 ｜ 형질전환 식물을 이용한 경구백신 개발 및 현황

백신은 제조방법 외에 접종방법에 의해서도 분류할 수 있는데 가장 보편적으로

이용되는주사에의한접종, 분무에의한접종그리고경구투여에의한접종이있다.

면역반응 유도에 있어서 항원의 유입경로가 면역반응 유도 여부 결정에 중요한

역할을 하는 것으로 알려져 있는데, 이는 항원을 흡수하는 항원제시세포(Antigen

presenting cell, APC)의종류가각조직마다다르며, 어떤종류의항원제시세포가

항원을제시하느냐에따라유도되는면역반응의종류와정도가크게좌우되기때문

이다. 이러한관점에서근육이나피하를통한항원의유입이면역반응유도에있어서

가장효과적인것으로알려져있으며, 정맥을통한항원의유입은면역반응유도에

아주 나쁜 향을 미치는 것으로 알려져 있다. 따라서 피하주사보다는근육주사가

손쉽기때문에일반적으로백신의접종은수월성에의하여근육주사를가장보편적

으로시행하며, 정맥주사등을포함한다른방법은백신의접종에일반적으로거의

사용되지 않는다. 분무용 백신은 제조한 백신을 물과 같은 매체에 섞어 분사

(spray) 형태로접종하는방법이다. 사람의경우에는질병의경로가코나기관지와

같은점막표면에국한되어있는경우에사용되며, 동물의경우에는질병의경로와도

관계있지만, 접종비용때문에분무용백신을이용하기도한다. 동물의경우접종에

요구되는 인건비가 산업의 생산성에 접한 향을 미치는 경우가 많은데, 이러한

관점에서보면주사용백신을동물에접종하는데에는많은경제적부담이요구되는

것이사실이다. 이때문에특히동물질병의경우분무용백신의사용은접종비용의

절감이라는경제적이유에서커다란장점으로작용할수있다. 경구용백신은백신을

입을 통하여 섭식시킴으로서 Vaccination을 시행하는 백신 접종방법이다. 백신의

접종에 따른 통증이 없고, 분무식 백신이 갖는 문제점 중의 하나인 백신 접종량

조절의불가능을해결할수있는개선된접종방법이다. 경구백신은접종의수월성이

중시되는 소아용 백신이나, 접종비용이 산업의 경제성과 접하게 연관되어 있는

축산업등에서유용하게사용될수있으며, 이러한장점에의하여현재백신개발의

최종적인추구방향으로설정되어있는유용한백신접종형태이다.

백신은제조방법과접종방법에의해서여러가지형태로제조될수있다. 제조방법

에서안전성을우선적으로고려하면재조합백신이우수하고접종방법에서접종의

용이성이나비용면을고려할때에는경구백신이유용할것이다. 한편 1992년세계

보건기구(WHO)에서는 어린이를 위한 백신으로는 비용이 저렴하고, 쉽게 접종이

가능하고, 냉동작업없이보관이가능한백신이목표라고발표하 는데, 항원단백질을

생산하는식물을이용한경구백신이야말로위에서언급한백신이가져야할조건을

갖추었다고할수있다.


경구백신을 생산하는 식물을 얻는 데에는 두 가지 전략, 즉 식물의 핵 형질전환

(Nuclear transformation)과바이러스벡터나아그로박테리움(Agrobacterium)을

이용한형질전환방법이있다. 식물의핵형질전환의경우에는크게아그로박테리움-

매개형질전환과유전자총을이용하는두가지의방법이많이사용되고있다. 식물에

외래유전자를 도입하려는 시도는 1980년대 초부터 이루어지기 시작하 는데,

식물의 형질전환에 주로 사용되는 토양균인 아그로박테리아(A. tumefaciens)은

그람음성의 토양 미생물로 식물세포에 자신의 유전자(T-DNA)를 형질전환시켜

식물세포에 전이된 자신의 유전자인 식물호르몬을 합성하여 종양(Crown gall)과

같은암조직을생성하는데, 이경우에이용되는플라스미드(Plasmid)는Ti(tumor-

inducing)-plasmid이다. 이렇듯 T-DNA가 식물세포로 전이된다는 원리를 이용

하여 목적유전자는 삽입되고 식물호르몬 유전자가 제거된 T-DNA를 식물발현

벡터에 도입을 하여 아그로박테리움에 형질전환한 후 아그로박테리움에 존재하는

vir 유전자의 생산물에 의해 식물의 핵으로 도입된다. 아그로박테리움을 이용한

식물의형질전환은쌍자엽식물에서주로이루어지고있으며, 최근에는단자엽식물

에서도형질전환에대한보고가있다.

아그로박테리움을이용하여형질전환이되지않는경우에는유전자총을이용한형

질전환방법이사용되어지고있다. 유전자총을이용한식물의형질전환방법은기본

적으로직경1-3㎛의금속입자에목적유전자를포함하는플라스미드를코팅한후에

이를고압으로식물세포안으로도입시키는방법이다. 이방법역시동시에두종류이

상의유전자를도입시킬수있는장점은있으나매우고가의기기가필요하며, 도입된

유전자가불안정하다는단점이있다. 하지만이동이쉬운저가의장비도선보이고있고,

많은양의유전자도입을짧은시간내에할수있다는장점도있다.최근에들어기존

에불가능한것으로여겨졌던아그로박테리움을이용한단자엽식물 형질전환이 성

공함으로서단자엽식물의형질전환에직접도입하는방법보다는아그로박테리움

을이용하는방법으로대체하려는노력이주로이루어지고있는실정이다.

47KBCH


용어설명

□ 벡터(Vector) : DNA를세포내로운반하는데사용할수있는작은DNA 분자(플라스미드, 바이러스, 박테리오파지, 인공DNA 또는절단된DNA 분자)로자가복제능이있어야하고외래DNA의도입을위한클로닝사이트가존재해야한다. 벡터는 크게 DNA의 증폭을 목적으로 하는 클로닝 벡터와 특정 유전자의 발현을목적으로하는발현벡터로나눌수있다.

□ 플라스미드(Plasmid) : 벡터로 이용되는 플라스미드는 세균의 세포내 염색체와는 별도로 존재하면서독자적으로 증식할 수있는 고리모양의 DNA로 다른 종의 세포 내에도 전달된다. 이러한 플라스미드는구성하고 있는 유전자로서 종양을 일으키는 유전자를 제거하고 유용유전자를 연결하여 식물 세포내로이식시켜 세포분열시 마다 유용유전자를생산하게되므로식물생명공학분야에서널리이용되고있다.

최근에는 식물에서 바이러스 벡터와 아그로박테리움을 이용한 형질전환에 대한

연구가 많이 이루어지고 있다. 사실 식물의 핵 형질전환은 오랜 시간이 요구되고

항원단백질의발현이미비한수준이다. 하지만바이러스벡터와아그로박테리움을

이용한 Agroinfiltration 방법은Nicotiana benthamiana에서수일내에도입된

유전자의단백질의생산을확인할수있고, 많은양의목적단백질을생산할수있는

장점이있어서최근식물의단클론항체의발현에많이이용되고있다.

최근에 들어 몇 가지 새로운 형태의 백신기술이 제안되기 시작하 는데, 그 중

하나가 재조합 백신의 안전성과 경구백신의 접종에 있어서의 수월성과 효용성을

접목시킨 식물체를 이용한 경구백신이다. 이 기술의 기본 원리는 항원유전자를

식물에형질전환시켜식물체에서항원단백질을생산하여, 이를식품을섭취하듯이

경구투여를 시행함으로서 면역반응을 유도한다는 것이다. 항원단백질을 생산하는

식물을이용한경구백신기술은 1) 접종의수월성이예방접종의시행에있어서중요

시되는 소아용 백신, 2)질병이 소화기 계통에 국한되어 있는 전염성 질병, 3)보건

의료시설및인력이확보되지않아백신의보관및접종이어려운후진국, 그리고

4)백신의접종비용이산업의경제성과 접하게연관되어있는축산업에아주유용

할것이다. 현재 형질전환 식물체를 이용한 경구백신기술은 아직 완전히 실용화는

되어 있지 않지만, 사람을 대상으로 하는 제3상 임상실험이 성공적으로 진행되고

있어 시판을 눈앞에 둔 상태이며, 기존에 제안된 가장 진보되고 우수한 백신 제조

방법및접종방법을복합적으로취하고있다는점에서사회·경제적인파급효과가

아주클것으로예상되는기술분야이다.

하지만여러가지의장점에불구하고식물경구백신은도입된병원균의항원유전자의

발현에 의하여 만들어지는 재조합단백질에 대한 면역관용(Immune tolerance)을

유도하는문제점을안고있다. 즉, 항원으로작용하기기대되는단백질이항원으로

작용하지않아서항체를생산하지못하는현상이일어난다. 이러한문제를해결하기

위한 방법의 일환으로 도입된 항원유전자의 발현을 증가시키기 위한 노력이 많이

이루어지고있다. 유전자발현에 향을미치는강력한프로모터, 유전자의고발현에

관여하는 여러 종류의 요소들의 탐색, 많은 수로 존재하는 엽록체의 게놈에 항원

유전자를도입하여고발현을유도하고엽록체의모계유전에의한환경으로의도입된


식물경구백신의의의와기대효과

유전자의전달을막을수있는엽록체형질전환방법, 항원유전자에서식물에서사용

빈도가 낮은 코돈(Codon)을 사용 빈도가 높은 코돈으로 치환하여 유전자 발현을

높이는 방법, 세포소기관으로의 항원단백질을 전달하여 고축적 시키는 방법, 바이

러스벡터를이용한Magnifection 등많은연구들을통하여식물에서도입된항원

단백질의발현을증진시키고자노력하고있고, 또그러한결과들이보고되고있다.

항원유전자의발현을높이는방법외에식물경구백신의효율성을증가시키기위한

다른 한가지의 방법은 식물에서 발현된 항원단백질의 점막면역체계에서 흡수를

증가시키는방법이다. 여기에이용되는것은독소인데독소는독성을보이는 toxic

subunit와독소를세포내로전달하는역할을하는 binding subunit의두가지로

구성되어있다. 두 가지 subunit 중 독성은 갖지 않고 장내 결합에만 관여하는

binding subunit을백신의항원보강제(Adjuvant) 또는운반체(Carrier)로사용하여

vaccination 효율을 증진시킬 수 있음이 알려져 경구백신의 가장 큰 약점인 낮은

면역 유도 효율을 극복하는데 도움이 될 것으로 기대되고 있다. 이러한 binding

subunit로 많이 연구되고 있는 것은 콜레라를 일으키는 독소의 cholera toxin B

subunit와 enterotoxigenic Escherichia coli의 heat-labile enterotoxin B

subunit이다. 따라서백신의경구투여에의하여유발될수있는낮은면역유도반응의

가능성을 해결한다면 백신접종의 수월성, 저렴한 접종비용 등을 감안할 때 가장

적합한형태의백신접종방법으로이용될수있을것이다.

이러한경구백신생산을위한식물의선정에는백신의종류, 식물백신의저장에따른

문제점, 이용하는식물의부위등이고려되어야될것으로생각된다. 이러한고려요인

중에서저장및유통의문제점과이용부위의광범위성을고려하여주목을받고있는

식물은바나나, 감자, 토마토, 옥수수, 벼, , 보리등을들수있고특히동물용경구

백신을위한식물로는사료용식물인알파파, 옥수수등이있다. 이들대부분은아그로

박테리움-매개형질전환방법과유전자총을이용한형질전환방법에의해서생산되며,

최근형질전환기술및항원단백질의발현에관한많은연구들이보고되고있다.

49KBCH


용어설명

□ 면역관용(Immune tolerance) : 자신몸의항원에대해서는면역반응을일으키지않도록하는방어체계

□ 프로모터(Promoter) : RNA 중합효소가 결합하여 유전자의 전사/발현을 개시하여 RNA가 생성되도록하는 유전자의 시작점에 위치한 DNA 염기서열

□ 코돈(Codon) : DNA를 전사하는 mRNA의 3염기 조합, 즉 mRNA의 유전암호의 단위를 말하는데,이것에 의하여 세포 내에서 합성되는 아미노산의 종류가 결정된다.

형질전환식물체를이용한의료용단백질생산은백신에관한것보다1989년네이처

잡지에발표된내용인담배에서단클론항체를생산할수있다는논문에의해서많은

관심을 받기 시작하 다. 단클론항체는 관절염에서 암까지의 많은 질병에 대한

치료제로 사용되고, 동물세포에서 생산되어 이용되는데 식물에서 생산이 가능함

으로써생산단가를킬로그램당3백만달러에서1백달러까지줄일수있다는것과

동물세포를 이용하 을 때에 생길 수 있는 광우병 병원균과 같은 동물성 병원균을

제거할 수 있다는 데 큰 의미가 있다. 형질전환 식물을 이용한 경구백신은 이 분야

에서 선두주자인 아리조나 대학교의 Biodesign 연구소 Charles Arntzen 박사가

이끄는그룹에서는1995년Science 잡지에백신으로사용될수있는enterotoxigenic

E. coli의 heat-labile toxin B subunit(LTB) 단백질을 감자에 발현시키고 이

감자를쥐에경구적인방법으로투여하여효율적인면역반응을유도한결과를발표함

으로써 경제적인 이유로 면역접종의 혜택을 받지 못하여 고통을 받고 있는 개발

도상국에 냉동이 필요하지 않고 가격이 저렴한 경구백신을 제공할 수 있다는 가능

성을 제시하 다. 또한 이 그룹에서는 LTB 단백질 외에도 hepatitis B virus,

Norwalk virus 등에관한식물경구백신에대한연구를진행하고있다.

이밖에도 <표 1>에서보듯이많은종류의형질전환식물을이용한경구백신이연구

되고있고, 현재임상실험중이다. 항원유전자를발현시킨형질전환식물체를이용한

경구백신은 현재 상품화된 것은 없지만 secretory antibody vaccine이 유럽연합

(EU)의 승인을 받았고 닭의 뉴캐슬 병을 예방할 수 있는 가축백신이 미국 농업부

(USDA)의승인을받았으며, 담배를이용한B형간염백신이쿠바에서승인을받았다.

또한 담배에서 유래된 Non-Hodgkin's lymphoma Vaccine, 감자에서의 B형

간염백신, 일반감기바이러스인Rhinovirus Vaccine 등이임상실험중에있어서

수년내에식물경구백신의상업화가이루어질것으로기대된다. 한편올해6월15일

에서17일까지이태리베로나에서개최된‘제3차국제식물기반백신및항체학회’에

참석하여 본 결과 지금까지 참여를 하지 않던 다국적 기업들이 초기 단계이지만

참여를시작함으로써이분야의전망이밝음을느낄수있었다.


형질전환식물체를이용한경구백신개발현황

우리나라의 식물경구백신의 현황을 보면 인간 질병에 대한 식물경구백신보다는

비교적 용이하고 기간이 짧게 소요되는 동물 질병 백신에 집중하는 경향이 있다.

농촌진흥청 김종범 박사팀은 돼지열병(돼지콜레라) 바이러스의 껍질단백질 유전

자를사료작물인알파파에형질전환하여항원단백질을생산하는알파파를개발하

으며, 이 백신 알파파 사료를 먹인 돼지에 바이러스를 주사를 접종한 결과 돼지

콜레라가 발병이 하지 않았다고 밝혔다. 또한 전북대학교 양문식 교수팀은 돼지

바이러스성 설사병(Porcine Epidermic Diarrhea Virus), 돼지 흉막 폐렴균인

Actinobacillus pleuropneumoniae, cholra toxin B subunit,

enterotoxigenic E. coli heat-labile enterotoxin B subunit 등 다양한 항원

단백질에대한식물경구백신개발을진행하고있다. 특히돼지설사병및흉막폐렴에

대한 연구에서는 실험 동물 및 목적 동물에서 효능이 검정되었음을 보고하 다.

전주생물소재연구소권태호박사팀은돼지콜레라바이러스항원유전자를이용하여

식물경구백신을 개발하고자 하는 연구를 수행하고 있으며, 단국대학교 황철호

표 1. 형질전환 식물을 이용한 경구 백신

회사 식물 생산방법 산물 적용대상 현재상황

Plant Biotechnology 담배 시험지 secretory충치 EU 승인

(field) antibody vaccine

Dow AgroSciences 담배 세포배양 가축 백신 뉴캐슬병 USDA 승인

CIGB, Cuba 담배 온실 백신정제항체 B형 간염 시판

Large Scale Biology 담배 항암 항체 Non-Hodgkin’s Iymphoma 임상Ⅱ상

Arizona State University 감자 온실 항원 B형 간염 임상Ⅱ상

Plant Biotechnology 담배 항체일반 감기

임상Ⅱ상(Rhinovirus)

Arizona State University 감자 온실 항원 설사(Norwark virus) 임상Ⅰ상

Thomas Jefferson 시금치 항원 광견병 임상Ⅰ상

ProdiGene 옥수수 항원 설사 임상Ⅰ상

51KBCH



결언

교수팀은 돼지 설사병원균(돼지 대장균 2종과 살모넬라 1종)에서 특이유전자의

단백질을 생산하는 당근세포를 대량생산하여 당근을 먹인 돼지의 자돈에서 면역

효과가 있음을 확인하 다. 또한 배재대학교 최창원 교수팀은 개파보바이러스

(Canine parvovirus)에 대한 항원단백질을 생산하는 식물을 개발하 고, 이를

이용한식물경구백신에대한연구를하고있다. 인간질병에대한식물백신의연구

분야에서는한국생명공학연구원김현순박사팀이감자에 B형간염바이러스표면

항원유전자와 치매 원인 물질에 대한 유전자를 형질전환시켜 식물경구백신으로

사용하고자하는연구를진행하고있다. 특이하게도 (주)젠닥스의정화지박사팀은

능성어류에감염하는노다바이러스의항원재조합단백질을이용한식물경구백신에

대한연구를수행하고있다.

병원균의항원유전자를형질전환시킨식물을이용한백신은면역관용을일으켜서

항체를 생산하지 않는다는 근본적인 단점이 있음에도 접종의 수월성, 저장 및

운반의용이성, 전신면역과세포면역의종합에의한면역반응의증가, 백신의접종

비용이산업의경제성과 접하게연관되어있는축산업에유리한점등의장점을

가지고있다. 앞에서언급한바와같이현재상품화된식물백신은없지만수십개의

제품들이 임상실험 중에 있으며 앞으로 수 년 내에 상품화 될 것으로 많은 과학자

들이 기대하고 있다. 우리나라에서는 아직 연구기반이 무척 미미한 현황이나 본

기술은 블록버스터와 같이 한 품목이 획기적인 수입을 올리기는 힘들어도 기반

기술이확립될경우에많은기술적, 경제적, 사회적 향을가져올것으로기대되는

바좋은틈새시장의기반기술이될것으로예상됨으로체계적이고집중적인관심이

필요한분야로생각된다.

참고문헌

■ Bae JL, Lee JG, Kang TJ et al., (2003) Induction of antigen-specific systemic and mucosalimmune responses by feeding animals transgenic plants expressing the antigen. Vaccine 21:4052-8

■ Haq TA., Mason HS., Clements JD., Arntzen CJ. (1995) Oral immunization with a recombinantbacterial antigen produced in transgenic plants. Science 268: 714-716.

■ Hiatt A, Cafferkey R, Bowdish K. (1989) Production of antibodies in transgenic plants. Nature342:76-8

■ Kaiser, J., (2008) Is the drought over for pharming? Science 320: 473-475.

■ Marillonnet S., Thoeringer C., Kandzia R. et al., (2005) Systemic Agrobacterium tumefaciens-mediated transfection of viral replicons for efficient transient expression in plant. Nat. Biotechnol.23. 718-723.

■ Lee KY, Kim DH, Kang TJ et al., (2006) Induction of protective immune response against thechallenge of Actinobacillus pleuropneumoniae by the oral administration of transgenic tobaccoplant expressing ApxIIA toxin from the bacteria. FEMS Immunol Med Microbiol 48:381-9.

■ Rybicki EP. (2009) Plant-produced vaccines: promise and reality. Drug Discov Today. 14: 16-24.

■ Thanavala Y, Mahoney M, Pal S. (2005) Immunigenicity in humans of an edible vaccine forhepatitis B. Proc Natl Acad Sci USA 102:3372-82.

■ 양문식. (1999) 항원유전자의 식물형질전환을 통한 경구백신 개발기술 정보수집. 과학가술부

■ 이 선. 황철호. (2002) 자돈 설사병 방지를 위한 경구백신용 형질전환 당근 개발. Korean J. PlantBiotechnology 29:287-293

53KBCH


백신이란 특정 질병에 대하여 생체 내에서 항체를 유도하게 하는 물질을 말한다.

질병은 원인성에 기초하여 세균성, 바이러스성 및 비병원성 질병으로 구분되며,

백신은항체유도방식에따라항원이되는물질을피하조직에주사하여항체를유도

하는 주사용 백신과 항원 물질을 섭취함으로써 항체를유도하는식용백신으로구분

된다. 지금까지의식물유래백신연구는경구투여백신에초점을맞추어개발되어왔다.

일반적으로사용되고있는백신은 약독화 되거나 불화된 병원체로서 접종 후 국소

또는 전신적인 부작용이 가끔 발생하고 있으며, 열에 약하기 때문에 저온 보관에

식물 유래 인체질병 백신연구개발 동향

김종범ㅣ[email protected]

공통집필 : 이연희, 노경희, 박종석

국립농업과학원 농업생명자원부 기능성물질개발과

서론


본고에서는홍역, B형간염, 콜레라, 치매, 당뇨, 등다양한표적

질병에따른식물경구백신의연구사례와식물백신개발전망에

대해짚어보고자한다.

따른 부수적인 경제적 부담과 백신으로 사용된 병원체가 변형을 일으켜 강한

독성과감염성을갖게될우려, 그리고접종을위해전문인이필요한단점들이있다.

이에 비하여 식물체를 이용한 식용 백신 생산은 대량생산이 가능하고 백신 보존의

안전성이 있으며, 한 번에 다수를 대상으로 예방접종이 가능하다. 또한 많은 병원

균들은기관지, 장, 생식기점막을통하는감염경로를가지므로식용백신의경우

경구투여하기때문에점막면역과전체적인면역반응을증가시키기용이하고, 불화

된 바이러스가 독성을 회복하는 것과같은위험이전혀없다는장점이있다. 주목할

만한결과는항원유전자로 형질전환된 식물을 식용으로 섭취했을 때 백신 효과를

나타낸다는 임상실험 연구결과가 보고되고 있다는 사실이다. 멀지 않은 시대에

단순히 토마토나 바나나를 섭취함으로써 간단하게 질병을 예방하는 것도 가능하

리라기대된다.

일반적으로사용되고있는근육접종을통한면역반응유도는백신이생체내에주사

된후항원-항체반응과세포면역반응이혈관계나조직내에서일어나야한다. 그러나

경구나 비장 점막을 이용한 면역반응 유도는 분비형 IgA(Secretory IgA)와 세포

면역반응에의한 병원체의 생체내 감염을 조기에 차단할 수 있다는 점에서 더욱

효과적인 질병 예방법이라하겠다.

현재식물을이용하여개발이시도되는백신은병원성인경우세균이나바이러스의

점막 감염에 필수적인 부착(Adhesion)기능을 수행하는 단백질과 세균의 독성을

나타내는 독소단백질, 바이러스의 구조를 이루는 단백질들이 항원으로 주로 이용

되고있으며, 비병원성질병의경우질병을야기하는물질이나이원인물질을생산

하는 주된 효소가 항원으로이용되고있다. 지금까지의연구결과로식물체에서유래

된재조합항원단백질은동물유래백신과동일한기능을갖는구조를가지고있음이

보고되고있다.

55KBCH

기획 1 ｜ 식물 유래 인체질병 백신 연구개발 동향

용어설명

□ 항원-항체반응 : 항원에 항체가결합하는반응이다. 항체는 특이성이매우 강하여 특정한항원에 대하여만들어진항체는그특정한항원에대해서만결합반응을할수있다.

□ 분비형 IgA : 점막에서 분리되는 항체를 분비형 항체라 하고, 대표적인 것으로서는 IgA가 있다. IgA는타액, 초유, 눈물, 담즙, 뇨, 분변 등의 점막 분비물중에 많이 함유되어 있으며 각종 병원체에 대한 중화항체의활성을가지고있다.

□ 면역반응 : 면역반응에는 크게 체액성 면역반응과 세포성 면역반응이 있으며, 체액성 면역반응에서는림프구중에서 B세포가, 세포성면역반응에서는림프구중에서 T세포가관여한다. 체액성면역반응에서는B세포가 항체를 생산함으로서 외부 물질에 대항하며 세포성 면역반응에서는 T세포가 외부요인에 의해서감염되거나암세포가된세포를공격한다.


□ 불용성 봉입체(Inclusion body) : 봉입체란 세포 내의 물질을 말한다. 단백질의 경우 일반적으로 수용성이라서 세포 내에 용해된 상태로 존재하지만 특이 외부유전자에 의한 미생물 발현시 세포내에 불용성인단백질침전물형태로존재하는경우가있는데, 이것을 inclusion body(봉입체)라 한다.

□ 번역 후-변형 공정 : mRＮA에서 단백질로 번역된 후 생리적 활성을 갖기 위한 3차원적 구조로 변형이일어난다. 당쇄사슬결합, 단백질사슬의절단과재결합등의공정을거치기도한다.

용어설명

1) 생산주체로서의식물

동물단백질을대량생산하기위한의료산업계의요구는여러가지복잡한단백질이나

펩타이드를 생산하기 위한 혼합 발현계의 개발이다. 기주생물(寄主生物)로는 세균

에서부터 효모, 곤충, 포유동물과 식물세포와 같은 진핵생물 모두가 포함된다.

세균은 상대적으로 많은 양의 단백질을 생산할 수 있지만, 불용성 봉입체

(Inclusion bodies)를만드는경우가많으며, 또한번역후-변형공정에한계가있다.

반면에진핵세포발현계는서로다른번역후공정으로인해원래의도했던단백질과

꼭같지않는단백질을만들수도있지만, 단백질에당을접합시킬수있고번역후

공정 과정을 수행할 수 있다. 식물생산시스템은현재외래단백질을합성하기위하여

상업적으로이용되고있으며, 식물세포의번역후-변형은동물세포에서이루어지는

것과매우유사하여정확하게복합단백질(Multimeric protein)을생성할수있다.

식물 유래 동물단백질의 경우 당화(Glycosylation)되는 아미노산 잔기는 원래의

단백질에서와 동일하게 일어난다. 그러나 식물세포의 분비경로에 있는 N-linked

glycan의공정은동물발현계에서생산된것보다다양한형태의당화를보이지만, 당

단백질의활성은그대로유지되는경우가많다.

2) 식물시스템의장점

식물을이용하여재조합단백질을대량생산하는데는많은장점들이있다. 즉, 비교적

적은비용으로대규모생산이가능하고, 수확에서공정까지기존시설을이용할수있다.

분자농업을위한초기비용이세포배양보다훨씬적게들뿐만아니라공기중의탄소

원과 태양에너지를 근원적인 에너지원으로 사용하기 때문에 생산단가가 절대적으로

저렴하다. 식물체는무한정존재하는대기중의이산화탄소를사용하여대사과정을

거쳐단백질및복잡한유기화합물을무한대로합성해낼수있고, 전문배양기술자도

필요로하지않는다. 또한식물내에서생산된단백질은인체에서와매우유사한접힘

(Folding) 형태를지닌다.

백신생산시스템

1) 핵형질전환운반체

유전자의 발현에는 요구되는 기본 구조는 프로모터-목표유전자-터미네이터의

유전자카세트(Gene cassette)이다. 식물에서 백신 생산을 위하여 이용되는 프로

모터로 항상성이 있는 CaMV 35S 프로모터와 조직 특이적 프로모터 또는 유도성

프로모터(Inducible promoter)를 이용할 수 있는데, 목표유전자와 대상으로 하는

작물에따라서선택하여 이용한다. 토마토의 경우 과일을 식용하기 때문에 과육에

서 발현을 유도하는 펙티나아제 프로모터를 이용하기도 하고, 감자의 경우는 괴경

(塊莖)을 이용하기 때문에 파라틴 프로모터를, 엽채류의 경우에는 잎을 이용하기

때문에 rbcS 프로모터를 이용한다. 목표단백질의 집적량을 증대시키기 위해서는

기본 유전자카세트에 부차적인 기능을 갖는 DNA 단편을 추가하기도 한다. 즉,

단백질을암호화하는mRNA의전사증대를위하여다른식물유래3’UTR의추가,

단백질번역증대를위해식물바이러스유래의특정리더서열(Leader sequence)의

추가, ER에집적시키기위한ER-retention sequence의추가등이이루어지기도

한다. 한편유전자카세트의터미네이터로는주로Tnos가이용되는것으로보인다.

형질전환체는주로항생제카나마이신이나제초제포스피노트리신(Phosphinothricin)을

함유하는배지에서선발되며, 핵에 형질전환된유전자의단백질발현량은생체중의

0.002~0.8% 정도로상당히적은양이검출되고있다.

57KBCH


용어설명

□ 프로모터 : DNA사슬의 유전정보를 mRNA로 전사하기 위하여 RNA 중합효소가 DNA에 결합하는 특이적인부위의 DNA염기배열을뜻한다.□ 터미네이터 : 전사를 종결하라는 신호를 담고 있는 DNA 서열□ 유전자카세트 : 기능을 달리하는 한 단위의 DNA가 2개 이상 모인 형태의 유전자□ 조직 특이적 프로모터 : 특정한 조직에서 유전자의 발현을 유도하는 프로모터□ mRNA 전사 : DNA의 유전정보를 단백질로 번역하기 위하여 mRNA로 옮겨 적는 것을 뜻한다.□ 리더서열 : mRNA의 사슬 중에서 단백질로 번역되지 않는 부분에 해당하는 DNA 서열

특히식물발현계는미생물과동물세포를이용하는것보다안전성에있어서도많은

장점이있다. 동물세포를이용하여생산된항원단백질은바이러스, 암유발DNA와

프리온 등을 걸러내야 하기 때문에 상당한 공정비용이 추가된다. 사실 생산비용을

제외하고서도백신단백질생산과관련된비용의85% 이상이생산단계보다오히려

추출하고공정하는생산이후의과정에소요된다. 그러나백신단백질의생산주체로서

식물을 이용할 경우 이들 과정을 거치지 않아도 된다. 따라서 동물세포를 이용하는

것의0.1%의비용으로백신생산이가능하다.

식물유래백신생산에이용되는운반체의특성


□ 리보솜 RNA : 리보좀은 mRNA를 단백질로 번역하는 기구로서 단백질과 유전정보를 담고 있지 않은RNA로 이루어져 있다. 이때 RNA를 리보좀 RNA라 한다.

□ 선발마커 : 외래유전자가 도입된 개체를 손쉽게 선발하기 위하여 항생제 또는 제초제 저항성 유전자를동시에삽입하는데이때이용되는 유전자를 선발마커라 한다.

용어설명

2) 엽록체형질전환운반체

핵형질전환체의단백질집적량의한계를극복하기위한연구가엽록체형질전환을

중심으로이루어져왔다. 엽록체는세포한개당수십에서수백개가포함되어있기

때문에 엽록체 DNA에 하나의 유전자가 삽입되어 형질전환된 엽록체로 균질화될

경우수십에서수백개의유전자사본(Gene copy)가들어있는효과를나타낼수

있다고유추할수있으며, 실제로 그와같은효과를나타낸다고보고되고있다. 현재

많이사용되고있는유전자카세트는 ct.border-Prrn-aadA-gene-ct.border 이다.

여기서 ct.border는 엽록체의 리보솜 RNA를 암호화하는 유전자에서 유래한 것

으로 프로모터를 포함하는 유전자카세트를 상동재조합(Homologous

recombination) 기작으로 엽록체 게놈으로 삽입시키기 위한 수단으로 이용되며,

Prrn은 RNA를 합성하기 위한 프로모터이고, aadA는선발마커인스펙티노마이신

저항성 유전자를 암호화한다. 형질전환체는 유전자총(Gene gun)을 이용하여

세포속으로유전자카세트를포함하는운반체를투사한다음스펙티노마이신함유

선발배지에서 선발된다. 엽록체에 형질전환된 단백질 발현량은 생체의 가용성

단백질의최고60%까지검출되고있다.

경구백신의이상적인표적질병으로소화기의장을감염경로로갖는바이러스성질

병을꼽을수있지만, 간염바이러스등을비롯한다른감염경로를갖는바이러스에대해

서도많은연구가진행중에있다. 호흡기에감염하는바이러스등이주연구대상이

며, 점막면역유도방식도장점막유도방식이외에바이러스의감염조직인비장점

막을 이용하는 새로운 연구도 시도되었다. 식물체에서 생성된 재조합 항원단백질의

항원력을 향상시키기 위한 연구도 진행되어 Vibrio cholerae의 cholera toxin(CT)

또는 Escherichia coli의 내독소인 heat-labile enterotoxin(LT)의 생체내 수용체

(GM1ganglioside)와결합하는부위중비독성부분인 subunitB를항원증진제로사

용하여동물실험을한결과항원력을증진시켰다는보고도있다. 또한DNA 백신과

조합하여 식물경구백신의 효능을 향상시키는 연구와 항원보강제(Adjuvant)로 CpG

DNA를이용하여식물경구백신의효능을향상시킨연구도시도되고있다.

표적질병과항원력증진

1) 장염(Norwalk virus)

Caliciviridae과에속하는Norwalk virus(NV)는오염된음식, 물또는사람을통해서

전파되는감염경로를가지고있고, 인체에급성위장염(Acute gastroenteritis)을

유발한다. 또한 바이러스에 감염시 바이러스에 대한 특이혈청항체(IgG, IgA,

IgM)가 유발된다. Mason 박사 등은 장염바이러스의 피막단밸직인 NV capsid

protein(NVCP)을발현하는형질전환체를선발을하 으며, 연구결과재조합단백질의

양은TEV leader sequence를포함하는운반체가TEV leader sequence를포함하지

않는운반체보다3배정도높았다. 또한재조합항원단백질의항체생성효능검정을

위한 동물실험결과, 담배에서 발현된 항원을 콜레라 독소(CT)과 함께 투여한 군과

투여하지않는군사이의항체를형성하는수와대변 IgA의역가에별다른차이를

보이지않았다. 하지만형질전환감자와콜레라독소를함께처리한군에서 2배더

높은 혈청항체 생성을 보 다. 또한 NVCP를 발현하는 감자를 20명에게 2~3회를

섭취하게한 결과 19명에서 NVCP에 특이적인 IgA 항체 분비 세포수가 증가되었

는데, 이중4명은특이적인혈청항체 IgG의증가를, 6명은대변특히항체 IgA의

역가 증가를 나타내었으며, 35%(7/20명)에 해당하는 사람은 정제된 Norwalk

virus-like particles을섭취한사람과동일한혈청 IgG와 IgM의증가를보 다.

2) 폐렴(Respiratory syncytial virus)

Paramyxoviridae에 속하는 호흡기 세포융합 바이러스(Respiratory syncytial

virus, RSV)는 아, 유아, 어린이및노인의하부호흡기에감염(Lower respitory

tract)되어기관지염과폐렴을일으키는병원성바이러스이다. 항원단백질로는당단

백질이며 transmembrane surface protein인 F단백질(Fusion)과 G단백질이

알려져 있다. Sandhu 박사 등은 F단백질을 사과 잎의 원형질체(Protoplast)에서

인체바이러스질병에대한식물경구백신연구

59KBCH


용어설명

□ 항체역가 : 항원과 반응하여 침전응집물을 만드는 항체의 최고 희석도□ 특이혈청항체 : 특정한 항원에 반응하여 유도되는 항체□ 원형질체(Protoplast) : 완전한 식물세포는 셀룰로오스, 펙틴, 리그닌 등으로 구성된 세포벽으로 둘러싸여

있는데, 세포벽이 완전히 제거된 세포를 뜻한다.

발현시키는데성공하 으며, AMV(Alfalfa mosaic virus)의리더서열과유도증강

인자(Enhancer)가있는운반체에서발현량증대효과를확인하 다. 또한이들은

RSV의F단백질을발현하는토마토를선발하여생쥐를이용한동물실험에서재조합

단백질이Th1/Th2세포면역반응을유발함을발견하 다.

3) 홍역(Measles)

홍역은전염성이매우높은바이러스질병으로폐렴과뇌염을야기하고심하면사망에

까지이르게한다. 전세계적으로연간3천만명의환자가발생하며80만명정도가

사망하는것으로알려져있다. 홍역백신을사용하여생긴면역력은자연적인야생종

바이러스에의해생긴면역력에비해서특이적인 IgG 역가가낮고성인이되어서는

현저하게 감소하는 경향이 있어 백신 접종을 반복해야 한다. 그리고 모체 항체의

간섭을배제하기위해서생후12~18개월에백신접종이이루어지기때문에12개월

이전에감염될경우많은희생을낳을수도있다.

Huang 박사등은헤마 루티닌(Hemagglutinin)를발현하는형질전환체를CTB와

함께섭취시킨결과특이항체가생성되고, 또복강으로투여할경우대조군에비해

2배 정도 많은 항체가 형성됨을 관찰하 다. 또한 바이러스 억제 실험결과 혈청역

가에따른두항체모두에서플라그(Plaque) 수가감소함을알았다. 또한항원력을

증대하기위해홍역바이러스의헤마 루티닌을발현하는DNA 백신과형질전환체를

조합하여생쥐를이용한동물실험을한결과항체가증가되는것을확인하 다. 이는

낮은항체역가를높이기위한방법으로적용될수있음을시사한다.

4) 급성위장염(Rotavirus)

인체에감염하는급성위장염은어린아이에게심각한설사를유발하는원인바이러스로

알려져있고세계적으로매년백만명의사망자를일으키는질병이다. Reoviridae과에

속하는로터바이러스의표피단백질(Capsid protein)는두층으로이루어져있으며,

바깥쪽의표피단백질은단백질 VP7과 VP4, 그리고안쪽캡시드는 VP6 단백질로

구성되어 있다. 게놈은 11개의 절편으로 형성된 이중나선 RNA이며, 구조 단백질


□ 플라그(Plaque) : 바이러스가 감염된 후 증식하여 세포를 터뜨려서 생긴 원형 모양□ 표피단백질 : 바이러스의 경우 핵산을 단백질막이 감싸고 있는데, 이러한 단백질막을 구성하는 단백

질을 뜻한다.

용어설명

VP(VP1, VP2, VP3, VP4, VP6, VP7)들과 비구조 단백질 NSP(NSP1, NSP2,

NSP3, NSP4, NSP5)들로구성되어있다.

Matsumura 박사등은형질전환한감자에서발현된단백질의양은곤충세포(Sf9)

에서발현된 양의 1/3정도 으며, 감자괴경(땅속 줄기)에 VP6 750ng을 2주 간격

으로 두 번 복강주사 한 결과 비형질전환체를 주사한 대조군에 비해 2배의 높은

항체역가를확인하 다. Wu 박사등은 human groupA rotavirus serotype G1의

VP7을포함하는감자괴경과콜레라독소또는콜레라독소B를함께투여한군에서

증가된항체역가를확인하 고, 침과소변에비하여대변에서더높은 IgA의역가를

확인하 다. 또한 바이러스 중화실험결과 혈청 내에는 중화항체가존재하지 않았

으나대변에서대조군에비해대략60배의높은중화항체가생성됨을확인하 다.

5) 자궁경부암 (Papillomavirus)

자궁경부암(Cervical cancer)의 주원인 바이러스로 알려진 인간 유두종 바이러스

(Human papillomavirus)는매년세계적으로 50만명의여성에서발병하고있으며,

현재발병을일으키는주바이러스타입으로는12종류(16, 18, 31, 33, 35, 39, 45,

51, 52, 56, 58, 59)가 알려져 있다. 바이러스 게놈은 8개의 open reading

frame(E6, E7, E1, E2, E4, E5, L2, L1)을갖는 dsDNA로구성되어있으며크기는

6,800~8,000bp이다. 이중표피단백질인L1과L2는구강투여시혈청 IgG와 IgA를

증가시키는것으로알려져있다.

Warzecha 박사 등은 쌍자엽 식물 코돈 이용(Codon usage)에 맞게 합성된

Human papillomavirus 11(HPV11)의 L1 표피단백질을 발현하는 형질전환체에서

native HPV11 virion(직경55nm)과비슷한표피단백질유사구조를확인하 으며,

동물실험결과LT를함께먹인군에서대조군에비해유의성있는항체역가증가가

나타남을 관찰하 다. Papillomavirus 16의 L1h 표피단백질을발현하는형질전환

체를이용한동물실험에서 정제된 HPV16 L1 VLP를 피하주사 한 후 항체가 생성

되었으며, 또한형질전환감자괴경과콜레라독소B 또는CpG 플라스미드를함께

섭취한군에서항체증가를확인하 다.

61KBCH


용어설명

□ 중화항체 : 병원균의 증식을 억제하는 항체□ 식물 코돈 이용(Codon usage) : 코돈은 DNA를 전사하는 mRNA의 3염기 조합을 뜻하며, 코돈

이용은 식물의 이용 선호도가 높은 코돈을 뜻한다.

6) 광견병(Rabies virus)

Rhabdoviridae과에 속하며 광견병(rabies)를 일으키는 광견병 바이러스는 단일

사슬 RNA로 구성된 게놈을 가지고 있으며, 다섯 개(N, P, M. G, L)의 유전자를

암호화하고있고, 5가지의혈청형과7개의유전형으로나뉘어진다. 매년세계적으로

3만명이상의환자가발생하며, 감염후신경계장애를유발하고혼수상태를거쳐

사망에이르는데치사율이최대57%에달하는질병이다. 항원단백질로는당단백질

(G 단백질)이알려져있고, 단백질서열이잘보존된핵단백질은진단을위해사용

되고있다.

Yusibov 박사 등은 알팔파 모자이크바이러스의 피막단백질(Alfalfa mosaic

virus coat protein)과 광견병 바이러스의 당단백질(G5-24), 핵단백질(31D)의

chimeric epitope(Drg 24)를융합시킨재조합알팔파모자이크바이러스(AIMV)-

CPDrg24를시금치에서발현시킨후쥐에복강투여하 을때특이항체가증가됨을

확인하 고, 바이러스중화실험에서평균90%의중화도를관찰하 다.

앞선실험에서사용한AIMV-CPDrg24를복강주사후혈청에서대조군에비해3배

높은 항체역가가 관찰되었고, 광견병 바이러스 CVS-11를 이용한 중화실험에서

중화항체의역가가확인되었다. 또한광견병바이러스 CVS-24를이용한공격접종

실험에서16일후에도40%의생존률이관찰되었다. 또한시금치를위장관삽입법과

구강투여법으로투여한실험결과혈청내 IgG와 IgA의2배증가와대변 IgA의2.8배

증가가각각확인되었다. 인체를 이용한 백신실험에서는 14명의 지원자에게 경구

투여를하 다. 이중5명은이미상용하고있는광견병백신을투여한사람이었다.

이5명중3명과시금치로처음투여한9명모두광견병바이러스에대하여유의성

있는 항체반응을 보 다. 시금치로처음백신을투여한9명에게경구백신완료7일

후에상용되는광견병백신을투여하 을때, 이9명의지원자중3명에게서광견병

바이러스에 대한 중화항체 반응을 보 다. 이와 같은 보고는 경구투여된 광견병

백신은상용화된광견병백신에대한경구용면역반응유도증강제로사용할수있음을

보여주고있다.

7) B형간염(Hepatitis B virus)

Hepadnaviridae과에속하는 B형간염바이러스는세계적으로3억 5천명의만성

보균자가 있고 간경변증(Cirrhosis) 및 간암을 유발하는 바이러스로 알려져 있다.

바이러스의크기는42nm이며게놈은3.2kb 크기의이중나선으로된DNA로현재

까지알려진 가장 작은 DNA 바이러스이며, 4개의 유전자(surface gene(S), core


gene(C), polymerase gene(P), X gene(X)), 4가지의 혈청형(adw, ayw, adr,

ayr)과7가지의유전자형(A-G)이현재알려져있고, 다양한지역적분포도를나타

내고있다. Mason 박사등은담배의형질전환체에서정제된항원유전자 rHBsAg를

생쥐에복강주사한결과특이항체가증가됨이확인되었고, T세포를자극할수있음이

관찰되었다. 이것은식물유래항원이동물이나미생물에서발현된단백질과똑같은

항원력을 갖고 있다는 사실을 증명하고 있다. 동물실험결과에서 입증된 식물경구

백신의 효과를 인체를 통해 검증하는 실험결과로 형질전환된 상추를 이용한 임상

실험에서 3명 중 2명에서 최소예방단위(10U/L)보다 높은 혈청항체가 나타났다.

Richter 박사등은HBsAg를발현하는형질전환체를콜레라독소와함께구강투여

후혈청항체증가를확인하 고, HBsAg를복강투여후항체가증가됨을확인하 다.

형질전환된 감자의 괴경과 콜레라 독소를 먹인 후 6주 뒤에 특이항체의 증가와

rHBsAg의 주사 후 형질전환된 괴경과 콜레라 독소를 먹인 경우 항체가 증가됨이

확인되었다. 콜레라 독소 없이 형질전환된 괴경을 투여한 군에서 순간적인 항체

증가를 보 고, rHBsAg를 주사할 경우 항체가 증가하 으며, 이는 가열 후에도

항원력이 유지되었다. Gao 박사 등은 단백질 발현량이 잎에서 상대적으로 높은

수치를나타냄을관찰하 고구강으로초기면역반응을유도한후근육주사에의한

면역반응유도증강(Boost)을시도했을때는항체유도에실패를했으나, 주사로초기

면역반응을 유도한 후 생쥐에게 구강으로 부스터를 시도한 경우에는 항체가 증가

됨을 관찰하 다. 또한 다양한 운반체를 사용하여 단백질 발현량을 담배 세포

(NT-1)에서측정한연구결과에서최대발현량은HB118운반체로형질전환된세포

에서나타났으며35%의 antigenic determinant(간염바이러스에일반적으로있는

에피토프)를 포함하고 있었다. VspaS와 융합된 재조합 단백질에서 환원제 DTT를

첨가한시료의 SDS-PAGE 결과에서더많은HBsAg의 oligomerization(dimer-

tetramer)을보 고, 동물실험에서 vspaS와융합된단백질이더높은항체역가를

나타내었다.

식물에서 발현된 HBsAg를 경구투여 했을 때 인체에서 면역성이 유도되었다는

보고가 있다. 형질전환 상추(1회 투여량: 1-2ug HBsAg) 150g을 섭취한 3명의

지원자 중 2명에게서 2번째 투여 후에 중간 정도의 예방효과가 있는 혈청항체(>10

IU/L)가생성되었고, 4주후에급속히떨어졌다. 이것은아주적은항원투여로인한

63KBCH


용어설명

□ T세포 : 흉선에서 나오는 림프세포로 면역작용에서는 탐식세포에게 항원의 존재를 알려주고, B세포에게 항체를 만들도록 지시 한다. 하지만 T세포 자체로는 직접적으로 항원을 없애지는 못한다.

것으로 추정된다. Rockwell Park Cancer Institute에서는 형질전환 감자를 이용

하여발현된재조합HBsAg의면역원성을임상실험을하 다. 이연구는주사접종이

가능하도록 정제된 효모생산 HBsAg로 미리 백신접종된 33명의 지원자에 국한

하여 수행되었다. 도스 당 대략 1mg의 HBsAg를 함유하는 감자 100g을 2번(0,

28일), 3번 (0, 14, 28일) 섭취하도록하 고, 10명에게는비형질전환감자를식용

하게 했다. 그 결과 감자 HBsAg 백신을 식용한 사람 중 50%이상에서 혈청 IgG

항체가증가되었다. 이것은식물유래HBsAg의경구투여는HBV 항체의면역반응

유도를증강(Boost)시키기위한방법으로이용이가능하다는것을시사한다.

동물과인체에질병을유발하는세균의감염경로는소화기, 피부, 호흡기를통해서

이루어지며 이들 세균들의 발병기전은 표적 기관에 부착 후 독소를 생성함으로써

숙주에치명적질병을유발하는것으로알려져있다. 질병유발세균의감염을예방

하고자연구되는항원은1)숙주세포기관부착에필요한부착성단백질들과2)숙주에

독성을 나타내는 독소를 경구백신의 생산을 위한 항원으로 이용하는 연구가 진행

중이다.

1) 콜레라(Vibrio cholerae)

콜레라를 유발하는 Vibrio choleae의 내독소인 CT는 효소 활성을 나타내는 독성

부분인 CTA(ADP-ribosyltransferase)와 수용체(GM1 ganglioside)에 결합하는

비독성 부분인 CTB로 구성되어 있다. CTA는 분자량은 28kDa으로써 두 개(A1과

A2)의 주 역으로 구성되어 있고 CTB는 11.5kDa를 갖는 다섯 개의 폴리펩티드

(Polypeptide)가결합된형태인5합체(Pentamer)로이루어져있다. 비독성부분인

CTB는장내에서다른 항원의 증진제(Adjuvant)로 작용할 수 있는 것으로 알려져

있으며, 식물백신 연구에 있어서 항원력 증대 및 유용 펩타이드의 융합단백질로

생체내흡수증진연구에이용되고있다.

Hein 박사 등은 GM1 ganglioside에 결합하는 재조합 CTB의 경우 V. cholerae

에서 정제된 CTB와 같은 분자량으로 발현됨을 확인하 다. Arakawa 박사 등은

감자에서 분자량 50kDa의 재조합 CTB가 5합체 형태로 발현됨을 확인하 고

GM1-ELISA binding assay 분석결과, 발현된 CTB는미생물유래단백질과같은

수용체 결합력을 나타내었으며, 생쥐를 이용한 동물실험에서는 형질전환 감자를


세균성질병에대한식물경구백신연구

투여한 군의 소장에서 60%의 설사액 감소효과가 있다고 보고하 다. Wang 박사

등은담배에서발현된CTB는정상적으로5합체를형성함을발견하 다. 또한정제

된CTB를생쥐에근육주사후항체가생성됨을관찰하 고 Immunodifusion법과

Immunoelectrophoresis법을 이용하여 항원력을 측정한 결과 박테리아 CTB와

같은항원력을나타내었다고보고하 다. Daniel 박사등은 CTB를엽록체에형질

전환 후, 발현된 CTB가 5합체 구조를 형성하고 단백질 발현량은 어린잎과 노화된

잎보다는성숙한잎에서높게나타나며박테리아에서정제된CTB와같은결합력을

갖고있음을알았다. 또한형질전환체는형태학적으로비형질전환체와동일한표현

형을보 다. 또한 Jani 박사등은발현된CTB의단백질분자량은55kDa임을확인

하 으며, GM1 binding assay 분석결과, 비형질전환체에비해서6배이상의높은

값을나타냄을알았다.

이밖에도상피면역을유도한생쥐에서대조군에비해2.4배의높은값을나타냄을

알았고CTB이 non-inflammatory Th2형태의조절기작으로면역반응을유도함

을밝혔다. Yu 박사등은 Immunoblot 분석결과, 분자량70kDa에해당하는재조

합단백질을 확인하 고, 경구를 통한 면역반응이 유도된 생쥐에서 CTB, NSP4,

CFA/I에 해당하는 혈청항체 IgG와 점막항체 IgG, IgA가 증가되고 특히 CTB와

결합된 NSP4를 투여한생쥐에서높은혈청 IgG 역가를보여CTB가면역증진제로

역할을 하고 있음을 확인하 다. 바이러스(rotavirus SAII)를 이용한 공격접종

실험에서 형질전환 감자를 투여한 어미로부터 태어난 어린 생쥐의 바이러스 방어

효과를 확인하 고, 경구백신이 모체에 항체 생성반응을 유도한 후 어린 태아에게

항체가전이될수있는수동면역의가능성을최초로보고하 다.

2) 탄저병(Bacillus anthracis)

탄저병(Anthrax)은 포자를 형성하는 토양 미생물인 Bacillus anthracis에 의해서

발병하며 피부, 소화기와 호흡기를 통해서 감염이 일어난다. 주로 토양을 통해

감염이 이루어지므로 초식 동물이나 인체에 감염하는 질병으로 알려져 있으며,

사망에까지 이르게 할 수 있는 무서운 질병이다. 발병 원인 물질로는 poly-D-

glutamic acid와 3개의 외독소(positive antigen(PA), lethal factor(LF)와

edema factor(EF)가알려져있으며, PA는 LF 또는 EF와결합시독성을나타내는

것으로알려져있다. 질병예방을위한 기존의 백신은 국부적 고통과 부종, 홍반을

수반하는부작용이나타나새로운형태의백신개발필요성이대두되고있다.

Azhar 박사등은세포독성실험에서LF(1ug/ml)를처리한대식세포에서26-98%의

세포 독성효과를 확인하 다. Karasev 박사 등은 PA의 펩타이드(671-702)를

65KBCH


식물 바이러스 벡터를 이용하여 재조합 항원을 얻었다. Aziz 박사 등은 PA를 핵

형질전환과엽록체형질전환후, 생쥐를이용한동물실험에서중화항체가생성됨을

확인하 다.

3) 파상풍(Clostridium tetani)

파상풍은Clostridium tetani의신경독소에의하여발생하는신경성질병으로녹슨

못에의한깊은관통상이나조직이괴사를일으킨상처에서흔히발생하며, 피부나

점막의상처를통해서균이침입한다. Tetanus toxin은2개의단위사슬(H-사슬과

L-사슬)과 3개의 기능부위(domain)으로 구성되어 있으며, domain Hc은 H-

사슬의 carboxyl 말단의50kDa로이루어져있다. 파상풍독소를신경세포표면에

있는GD1-과GTb-ganglioside에결합하게하는기능이TetC 단편에있기때문에

이 TetC의 47kD polypeptide를 항원단백질로 이용될 수 있다. 이 부분의 염기

서열은A-T 함량이72.3%로세균의평균A-T 함량에비하여상당히많은A-T를

함유하고 있다. 이 부분을 그대로 이용한 경우와 52.5%로 변형시킨 형태의 DNA

단편을 담배 엽록체에 형질전환을 시켰을 때 총 액상단백질의 25% 및 10%까지

발현이 유도됨을 확인하 으며, 마우스를 이용하여 비강흡입과 경구투여 했을 때

질병예방효과가있는수준까지TetC의항체가유도되었다.

1) 치매(Alzheimer’s disease)

치매는 인간의 삶을 동물 수준으로 떨어뜨리는 암보다 더 무서운 병으로서, 65세

이상노인인구의10%, 85세이상인구의50%에서발병될수있다. 노인성치매인

알츠하이머병은 베타아 로이드(β-amyloid) 단백질이 뇌세포에 집적하게 되어


비병원균성 질병에 대한식물경구백신연구

□ A-T 함량 : DNA를 구성하고 있는 염기인 아데닌과 타이민의 염기쌍 함량. A-T 함량이 높은 것은높은 온도에서 변성되기 쉽다. 고등 동식물에서는 거의 50% 전후의 균형을 갖지만, 하등 생물종일수록 그 편차가 심하다.

용어설명

67KBCH


신경세포가 괴사함으로써 발생되는 질병으로 알려져 있다. 이 원인 물질이 되는

베타아 로이드를암호화하는유전자를식물체에도입하여백신을생산하고자하는

연구가 많은 연구실에서 시도되어 왔다. 특히 베타아 로이드 유전자를 토마토에

도입하여 형질전환된 토마토를 15주된 쥐에 1주에 1회씩 3주를 투입한 혈액에서

항체가형성되었음이보고된바있다.

2) 제1형당뇨(Type I diabetes)

당뇨에는제1형, 2형당뇨및임신성당뇨의세가지형태가있는데전체당뇨환자의

약 5~10%가 제1형 당뇨이다. 이 제1형 당뇨는 자가면역 질환으로 주로 소아나

청소년들에게 발병하며, 자신의 면역체계에 의하여 췌장의 베타세포가 파괴되어

인슐린을생산할수없어서평생인슐린을투여해야하는질병으로‘인슐린의존성

당뇨병’이라고도한다. 최근Pezzotti 박사등은 루타민산을GABA로변환시키는

효소인 glutamic acid decarboxylase(GAD65)을자가항원이라간주하여담배에서

발현시켰으며, 현재제1형당뇨를실제로억제하는기능이있는지를검정하고있다.

우리나라는 연구 저변이 취약하여 한정된 연구실에서만 인체질병 예방을 위한

식물백신 개발 연구를 수행하고 있다. 한국생명공학연구원에서는 B형 간염 항원

유전자(HBsAg)를 감자에 형질전환시켜 경구투여 하 을 때 IgG와 IgA가 생성

되었음을 보고하 으며, 또한 베타아 로이드를 암호화하는 유전자를 토마토에

형질전환시켜 마우스에 경구투여 하 을 때 베타아 로이드에 대한 항체 형성을

보고한 바 있다. 원광대학교에서는대장암을예방및치료할수있는식물백신을

개발하고있고, 현재담배에서안정적으로발현되고있음을보고하 다. 경희대학

교에서는 A형 간염 항원유전자(VP1)를 상추에 형질전환한 후 그 추출물을 쥐에

피하주사했을때 IgG가생성됨을확인하 다. 농촌진흥청에서는로타바이러스의

피막단백질을 암호화하는 유전자(VP7)를벼에도입시켜부가가치가높은형질전환

벼를개발하는연구를수행하고있다. 지금까지는 모두 실험동물을 이용하여 항체

생성 여부를 검정한 결과만을 제시하고 있으며, 아직 개발된 식물 백신을 이용한

임상실험단계에있는것은없다.

국내인체질병식물백신개발현황


식물을 이용한 인체질병 예방용 백신 개발은 여러 가지 측면에서 많은 장점을

가지고 있다. 특히 저렴한 비용으로 대량생산할 수 있다는 것과 2차 감염의 위험

성을 배제할 수 있고, 비강흡입 및 경구투여시도 면역항체가 잘 만들어진다는

보고가 계속 늘어가고 있다. 지금까지는 단일항원에 의한 항체 유도가 주요 연구

주제가되어왔지만점차동일입자내에여러가지항원을포함하는다가백신연구가

주목을 받고 있는데, 이는 바이러스유사입자(virus-like particle, VLP)에 여러

가지 백신을 포함하게 함으로써 동시에 여러 가지 질병에 대한 예방 효과를 유도

할 수 있기 때문이다. 식물체내 항원단백질의 집적을 증대시키기 위한 색소체

(Plastid)의 발현시스템과 형질전환체의 발현시스템에대한최적화연구, 그리고

실용화를 위하여 다양한 작물에서 형질전환 기술 개발이 요구된다. 또한 경구백

신으로 사용하고자 할 경우 장내에서 일어나는 음식물 내성(Food tolerance)에

대한정확한기작연구가필수적으로요구되는데, 실제로오브알부민(Ovalbumin)을

과량 투여하면 항체가 유도되지 않은 내복내성(Oral tolerance)의 결과가 보고된

바 있다. 만약 경구백신으로 섭취된 항원들이 이러한 문제점을 야기할 경우, 병원

균의침입시생체내에서인지를하지못하는문제점을내포할수도있다. 경구법을

제외한 다른 방법으로 초기 면역반응이 유도된 동물이나 인체에 면역반응 유도

증가를위한경구백신으로사용될수있다고전망된다.

초기의 식물백신 연구에서는 담배를 모델시스템으로 이용하 으나 실질적인 상용

화를위해 감자를 비롯한 토마토, 당근, 시금치, 알팔파 등 식용이 가능한 식물에

대하여연구가진행되었다. 특히바나나와같이각국가의여건에맞고, 현지재배가

가능한식물체의형질전환이시도되어왔다. 그러나최근형질전환식물을이용한

백신생산은식물의생장조건과채집하는식물체의부위와시기에따라발현단백질

량이크게다르기때문에이에따른문제점이지적되고있다. 즉, 면역성을유도할

수 없는 양의 형질전환 식물을 계속 섭취할 경우 항원단백질을 자신의 단백질로

인식하게 되어 실제적으로 병원이 공격했을 때 감염될 수 밖에 없는 상황까지도

가능하다는지적이다. 또한경구투여의경우사람의신체조건에따라서그섭취량을

달리해야하기 때문에 표준화하기가 어렵다는 지적도 있다. 이에 이러한 문제를

해결하기위하여식물생산백신을추출하여주사용으로사용하는방법과백신생산

식물을 모아서 분쇄한 다음 균일화시키고 생물 검정에 의하여 투여량을 적시하는

방법 등 여러 가지 방법이 고려되고 있다. 비록 초기에 고려되지 않은 문제점이

돌출되고 있지만 다방면의 연구에 의하여 어렵지 않게 식물 식용 백신이 현실화

되리라전망된다.

식물백신개발의전망

69KBCH


■ Arakawa T, Chong DK, Merritt JL, Langridge WH (1998) Efficacy of a food plant-based oral cholera toxin B subunit vaccine. Nat.Biotechnol 16: 292-297

■ Avesani L, Falorni A, Tornielli GB, Maarusic C, Porcedduuu A, Polyerari A, Faleri C, Calcinaro F, Pezzotti M (2003) Improved inplanta expression of the human islet autoantigen glutamic acid decarboxylase (GAD65). 12(2):203-12

■ Das DK (2009) Molecular farming of Plant Derived Edible Vaccines. Current Trends in Biotechnology and Pharmacy 3: 113-127

■ Hahn BS, Jeong YJ, Roh KH, Park JS, Cho KJ, Kim YH, Kim JB (2005) Recent Studies of Edible Vaccine for Prophylactic Medicineagainst Microorganism-Mediated Diseases. Korean Journal of Plant Biotechnology 31(2): 151-161

■ Hahn BS, Park JS, Kim HK, Ha SH, Cho KJ, Kim YH, Kim JB (2004) Recent Studies of Edible Vaccine for Prophylactic Medicineagainst Virus-Mediated Diseases. Korean Journal of Plant Biotechnology 31(2): 151-161

■ Huang Z, Santi L, LePore K, Kilbourne J, Arntzen CJ, Mason HS. (2005) Rapid, high-level production of hepatitis B core antigen inplant leaf and its immunogenicity in mice. Vaccine 24(14):2506-2513

■ Koprowski H (2005) Vaccines and sera through plant biotechnology. Vaccine 23: 1757-1763

■ Koya V, Moayeri M, Leppla SH, Daniell H (2005) Plant-Based Vaccine: Mice Immunized with Chloroplast-Derived AnthraxProtective Antigen Survive Anthrax Lethal Toxin Challenge. Infection and Immunity 73(12): 8266-8274

■ Mason HS, Ball JM, Shi JJ, Jiang X, Estes MK, Arntzen CJ (1996) Expression of Norwalk virus capsid protein in trans genic tobaccoand potato and its oral immunogenicity in mice. Proc Natl Acad Sci 93(11): 5335-5340.

■ Matsumura T, Itchoda N, Tsunemitsu H (2002) Production of immunogenic VP6 protein of bovine group A rotavirus in transgenicpotato plants. Arch Virol. 147: 1263-1270

■ Saldana S, Esquivel Guadarrama F, Olivera Flores Tde J, Arias N, L?pez S, Arias C, Ruiz-Medrano R, Mason H, Mor T, Richter L,Arntzen CJ, Gomez Lim MA (2006) Production of rotavirus-like particle in tomato (Lycopersicon esculentum L.) fruit by expressionof capsid proteins VP2 and VP6 and immunological studies. Viral Immunology 19: 42-53

■ Sandhu JS, Krasnyanski SF, Domier LL, Korban SS, Osadjan MD, Buetow DE (2000) Oral immunization of mice with transgenictomato fruit expressing respiratory syncytial virus-F protein induces a systemic immune response. Transgenic Res. 9(2): 127-135.

■ Santi L, Batchelor L, Huang Z, Hjelm B, Kilbourne J, Arntzen CJ, Chen Q, Mason HS (2008) An efficient plant viral expression system generating orally immunogenic Norwalk virus-like particles. Vaccine 26(15): 1846-1854

■ Tregoning J, Maliga P, Dougan G, Nixon PJ (2004) New advances in the production of edible plant vacines: chloro plastexpression of a tetanus vaccine antigen, TetC. Phytochemistry 65: 989-994

■ Warzecha H, Mason HS, Lane C, Tryggvesson A, Rybicki E, Williamson AL, Clements JD, Rose RC. (2003) Oral immunogenicity ofhuman papillomavirus-like particles expressed in potato. J. Virology 77(16): 8702-11

■ Webster DE, Thomas MC, Huang Z, Wesselingh SL (2005) The development of a plant-based vaccine for measles. Vaccine 23(15):1859-1865

■ Youm JW, Jeon JH, Kim H, Kim YH, Ko K, Joung H, Kim H. (2008) Transgenic tomatoes expressing human beta-amy loid for use as avaccine against Alzheimer’s disease. Biotechnol Letter 30: 1839-1845

■ Yusibov V, Hooper DC, Spitsin SV, Fleysh N, Kean RB, Mikheeva T, Deka D, Karasev A, Cox S, Randall J, Koprowski H (2002)Expression in plants and immunogenicity of plant virus-based experimental rabies vaccine. Vaccine 20: 3155-3164

■ Yusibov V, Mett V, Mett V, Davidson C, Musiychuk K, Gilliam S, Farese A, Macvittie T, Mann D (2005) Peptide-based candidatevaccine against respiratory syncytial virus. Vaccine 23: 2261-2265

참고문헌


용어설명

생명공학기술생명공학기술에 대한 광의의 정의에는 방사선이나 화학물을 이용한 돌연변이 육종에서부터 세포융합,

핵치환 등과 같이“새로운 품종을 개발하는데 이용되는 기술”이 포함된다. 하지만 UNEP, CODEX,

OECD 등의 국제기구에서는 육종 등과 같이 오랜 기간 안전하게 이용된 기술을 제외하고, 현대에

개발된생명공학기술(현대생명공학기술)에 한하고있으며, 이에 따라생명공학기술은위와같은협의의

정의로 주로 해석되고 있다.

유전자재조합, 유전자변형, 형질전환유전자재조합(Genetic Recombination), 유전자변형(Genetic Modification), 형질전환

(Transgormation) 모두 현대생명공학기술을 통한 새로운 형질을 생산하는 작업과 그 결과물인

생물체의 특성에서 유래된 용어들이다. 이들 용어는 각 연구 분야가 어떤 부분에 초점을 맞추느냐에

따라다양하게사용되는데, 예를 들어유용형질의 DNA 조각을잘라붙이는과정에초점을맞춘다면

‘재조합’을 (NGO 등의 단체에서는 이 과정을‘조작’으로 표현하는데, 이는 부정적인 의미를 전달

하기도 함), 생물체의 고유의 형질을 변화시키는 것에 초점을 맞춘다면‘변형’과‘형질전환’이라는

용어를 사용하게 된다.

LMO, GMOLMO(Living Modified Organism)와 GMO(Genetically Modified Organism)는‘현대생명공학

기술을 이용하여 얻어진 유전자변형생물체로서 새롭게 조합된 유전물질을 포함하고 있는 생물체’를

의미한다(LMO법 제2조). 혼용되어 통상 같은 의미로 사용되나 LMO는“살아 있음(Living)”을 강조

하는 용어로서 그 자체 생물이 생식, 번식이 가능한 것을 말하고, GMO는 통조림 상태의 유전자변형

옥수수와 같이 생식이나 번식이 가능하지 않은 것을 의미한다고 정의할 수 있다.

특히 LMO는 국제협약인 바이오안전성의정서에서 사용하는 용어이며, 유럽 등 많은 국가에서는

GMO를 일반적으로 사용하고 있고, 미국의 경우 GEO(Genetically Engineered Organism), 또는

생명공학 제품(Biotech Product)이라는 용어도 사용하고 있다. 한편 우리나라에서는 유전자변형

생물체(LMO법), 유전자변형농산물(농산물품질관리법), 유전자재조합식품(식품위생법) 등의 용어를 혼용

하여 사용하고 있다.

2 Á ¨ a,yw ø 2 8i à Äi ßd ¡ ¿ ¤ À à Ë ³ p Ê 2 ñ ù × Äi ß y ¿ ¨ i...

Documents