KAIST-경상대, 까마중 유전자 조절…스테로이드 핵심 원료 고효율 생산
수년 걸리던 '마' 대체 가능성… 재배 기간 3개월로 단축


검은 열매 모양이 까마귀 눈을 닮았다고 해서 까마중이라 불리는 길가의 잡초에서 현대 의학의 필수품인 호르몬제 원료를 대량으로 생산할 수 있는 길이 열렸습니다.

KAIST 생명과학과 김상규 교수 연구팀이 경상대 박순주 교수 연구팀과 공동으로, 까마중의 유전자를 교정해 스테로이드 의약품 핵심 원료인 디오스게닌(Diosgenin)을 고효율로 생산하는 기술을 개발했습니다.

연구팀은 까마중의 대사 경로를 재설계해 병원에서 널리 쓰이는 소염·면역 조절제인 코르티코스테로이드와 성호르몬 제제의 출발 물질인 디오스게닌을 생산하는 데 성공했습니다.

지금까지 디오스게닌은 주로 마(Dioscorea) 뿌리에서 추출해 왔지만 수확까지 수년이 걸리고 유전자 조작이 어려워 대량 생산에 한계가 있었습니다.

이에 연구진은 생육 기간이 약 3개월로 짧고 유전자 조절이 쉬운 까마중에 주목했습니다.

까마중은 원래 독성 스테로이드 성분인 솔라소딘(Solasodine)을 생성하는데, 연구진은 이 물질이 디오스게닌과 구조적으로 유사하다는 점에 착안했습니다.

연구팀은 유전자 가위(CRISPR-Cas9) 기술로 까마중의 특정 유전자인 게임4를 교정해 독성 물질 생성 경로를 차단하고, 대신 디오스게닌이 생성되도록 대사 흐름을 전환했습니다.

여기에 잎 조직에서 반응을 조절하는 또다른 유전자 게임25를 억제해 잎과 열매 모두에서 까마중 축적량을 극대화했습니다.

또 까마중이 지닌 효소를 활용해 성분을 추출이 용이한 형태로 전환하는 자연 발효 공정을 접목했습니다.

이를 통해 까마중의 녹색 열매에서 기존 산업용 원료 식물인 마와 유사한 수준의 디오스게닌을 확보했습니다.

아울러 열매 수확량을 늘리는 유전자 변이 기술을 적용해 동일 면적에서 더 많은 원료를 생산할 수 있는 기반도 마련했습니다.

김상규 교수는 "이번 연구는 잡초의 대사 경로를 정교하게 재설계해 고부가가치 약용 성분을 생산할 수 있음을 입증했다"며 "보다 안정적이고 친환경적인 스테로이드 의약품 원료 생산 기반이 될 것"이라고 밝혔습니다.

이번 성과는 식물과학 분야 국제학술지, 플랜트 바이오테크놀로지 저널(Plant Biotechnology Journal) 1월 16일 자 온라인 판에 실렸습니다.