LIBRARY

KOREA  ASSOCIATION FOR CREATION RESEARCH

창조설계

치료용 단백질들의 생산

치료용 단백질들의 생산 (Production Of Therapeutic Proteins)


 1998년 3월 Impact No. 297 글에서 체세포 전달에 의한 클로닝 과정에 대해 논의했다. 그 과정에서 핵이 제거된 난자에 수정란, 태아, 성체 조직에서 유래한 세포의 핵이 주입되었다. 수정란이 적당한 단계로 성장하면, 준비된 암컷의 자궁에 이식되어 만기가 될 때까지 자라게 된다. 이러한 과정을 통해 핵을 제공한 동물과 유전적으로 완전히 동일한 후손이 탄생하는 것이다. 이 글은 수용체에게 유리한 형질을 주기 위해 혹은 꼭 필요한 단백질이 결여된 인간환자에게 투여할 사람의 단백질을 동물이 생산하도록 하기 위해, 유전자를 전달하는 것에 대해 논의할 것이다.

 

유전자 전달에 의한 치료용 단백질 생산

어떤 사람들은 유전적인 결함 때문에 건강에 꼭 필요한 단백질을 생산하지 못한다. 이런 단백질에는 혈우병을 유발하는 여러 혈액응고인자, 당뇨와 관계되는 인슐린, 정상적인 성장을 어렵게 하는 성장호르몬 등이 있다. 이런 것들을 외부에서 투여했을 경우, 병리적 상황을 개선하거나 치료효과를 볼 수 있다. 이런 분야의 초기 연구는 세균에서 먼저 이루어졌다. 어떤 세균은 plasmid 라고 하는 작은 원형 DNA를 갖기도 하는데, 이것은 모든 세균이 다 갖고있는 chromosomal DNA와는 별개의 것이다. Plasmid를 갖는 세균이 이분법을 하거나 세포분열을 하면, 이 plasmid는 자세포에게도 전달된다. 또한 접합 과정을 통해서도 다른 세균에게 plasmid를 전달해 줄 수 있다.

과학자들은 인간의 유전자를 세균에게 넣을 때, 이 plasmid를 이용할 수 있지 않을까 하고 연구해 왔다. 가령, 만약 사람의 인슐린 유전자를 세균의 plasmid에 넣으면 그 세균은 사람의 인슐린을 생산하게 된다. 과학자들은 매우 특이적인 위치를 자르는 ”제한효소(restriction enzymes, or restriction endonucleases)” 라 불리는 효소들을 찾아내고 분리해 왔는데, 현재까지 분리된 것은 100 가지가 넘는다. 먼저 유용한 치료용 단백질을 code(암호화)하는 유전자가 염색체 중 어디에 위치하는지 알아내고, 적당한 제한효소를 사용하여 그 유전자를 잘라서 분리해 낸다. 같은 제한효소로 plasmid도 자르면, 사람 유전자의 잘린 끝부분과 plasmid의 잘린 끝부위가 잘 맞물리게 된다. 이때 ”DNA ligase” 라는 효소가 맞물린 부위를 붙여주면, plasmid에 사람의 유전자가 들어간 원형 DNA가 되는 것이다. 이렇게 사람의 유전자를 포함하는 plasmid를 세균 속으로 다시 넣는다. 사람의 유전자가 삽입된 균을 배양하면 이와 동일한 균들이 대량으로 생산되는데, 이들은 자신의 DNA를 복제하면서 사람의 유전자도 함께 복제한다. 더욱이 이 균들은 가지고 있는 사람 유전자로 사람의 단백질을 만들어낸다. 균 배양액에서 생산된 단백질을 분리·정제하면, 이것이 부족해서 병을 앓는 환자들에게 투여할 수 있게 된다.


 

Insertion of a DNA section into a plasmid

유전공학을 이용하기 전, 이런 단백질들은 조직이나 혈액에서 힘들게 분리해야만 했다. 그러나 이런 조직에는 매우 소량 존재하므로, 필요한 만큼의 단백질을 얻기 위해서는 원재료가 많이 필요했다. 따라서 이런 단백질의 가격은 매우 비쌀 수밖에 없었다. 유전적으로 변형된 세균의 배양을 통해 상대적으로 훨씬 많은 양을 얻을 수 있게 되었지만, 가격은 (좀더 저렴하긴 했지만) 여전히 비쌌다. 사람의 유전자가 들어간 세균을 다량으로 배양하는 기계인 bioreactor 자체가 매우 비싸고, 과학자나 기술보조원들만이 작동시킬 수 있기 때문이다. 게다가 bioreactor는 온도나 배양액 조성의 작은 변화에도 매우 민감하다.

다행스럽게도 훨씬 저렴하고 효율적인 대안이 발달되어 왔다. 이것은 돼지와 같은 동물을 bioreactor로 이용하는 것이다. 과학자들이 bioreactor를 설계하고 만들고 발전시키는데, 또 사람이 만든 bioreactor를 작동시키는데만 해도 몇 년이 걸렸다. 그러나 하나님은 훨씬 효율적이고 경제적인 bioreactor를 이미 만들어 놓으셨다. 과학자들은 마침내 사람에게 필요한 단백질을, 유전적 변형(조작)을 통해 돼지나 소 등 다른 동물의 젖으로 나오게 할 수 있음을 깨달았다.

Genetic engineering of a milk protein

이제 이러한 작업은 소나 돼지에서 매우 성공적으로 이루어지고 있다. 동물 중에서도 돼지는 많은 장점을 지닌다. 돼지의 임신기간은 겨우 4달이다. 태어난 지 12개월이 되면 돼지는 임신이 가능하고, 한번에 새끼도 많이 낳는데 보통 10∼12 마리를 낳는다. 수유하는 돼지는 일 년에 300L의 젖을 생산할 수 있다. 이런 작업은 다름과 같이 이루어진다.

1. 필요한 사람의 단백질을 암호화하는 DNA 조각(유전자)을 분리한다.

2. 유선에서 단백질 생산을 촉진하는 DNA 조각을 분리하고 위의 조각과 연결한다.

3. 돼지로부터 수정란을 얻는다.

4. 얇은 마이크로 피펫을 이용하여, 난자에 있는 수컷의 생식핵(난자의 DNA와 결합하기 이전의 정자의 DNA) 부위에 사람의 DNA를 주입한다. 그러면 사람의 DNA는 돼지 핵의 DNA 속으로 합쳐지게 된다.

5. 이 수정란은 새로운 태아의 자궁에 착상되어 새끼 암컷 돼지로 성장한다.

6. 일단 암컷 돼지가 성장하면, 그 모유로부터 원하는 단백질을 분리한다.

이 작업은 미국인 과학자에 의해 성공적으로 수행되었고, 1994년 그 결과가 학술지에 발표되었다.1 그들은 혈액응고를 조절하는 Protein C를 암호화하는 사람 유전자를 사용했고, 돼지가 생산한 모유 1L에서 1g의 Protein C를 얻었다. 이것은 사람의 혈장농도의 200배나 되는 수준이다. 여기서 얻어진 Protein C의 약 1/3 만이 생물학적으로 활성이 있었는데, 이것은 단백질이 만들어진 후에도 세포 안에서 많은 변형과정을 거쳐야 하기 때문이었다.

가령, 단백질의 어떤 부위가 잘려지거나, 여러 당들이 단백질의 특정부위에 붙기도 한다. 또 세포벽에 고정되는 부분이 첨가되기도 한다. 과학자들은 'furin' 이라고 하는 중요한 과정을 담당하는 효소를 찾아냈는데, 이것은 매우 소량으로 존재한다. 그래서 앞의 유전자들과 furin 유전자를 결합시켜 본 결과, 활성이 있는 Protein C가 더 많이 생성되었다. 이렇게 얻어진 사람 단백질은 안전성과 효능을 입증하는 시험을 거쳐야 한다. 여기서 소개한 anti-thrombin이라는 항응고 단백질이 현재 임상실험 중에 있다. 이런 과정을 bioreactor 기계의 사용과 비교해 보면, 생화학 기술자들에 의한 생산은 하나님이 만드신 단백질 생산 도구(돼지)에 비교할 수도 없음을 알 수 있다. 유선(乳腺)은, 영양소들의 공급이 잘 이루어지고 분리·정제가 용이하도록 만들어진 단백질을 잘 이동시키는 세포들이 촘촘히 있을 수 있도록, 최적의 상태로 만들어졌다. 이 작업은 성공적으로 입증되었고, 귀한 치료용 단백질을 훨씬 저렴한 가격으로 생산할 수 있는 수단을 제공해주고 있다.

 

1 R.M. Akers, et al., in Recombinant DNA Technology, vol. 2: Special Issue of Annals of the New York Academy of Science, vol. 721, pp. 218-233, May 2, 1994. W.H. Velander, H. Lubon, and W.N. Drohan, Scientific American, January 1997, pp. 70-74.

* Dr. Gish is Vice President of ICR. He has a Ph.D. in biochemistry from the University of California, Berkeley, and worked for many years in research at the Upjohn Company.



Impact No. 299

번역 - 미디어위원회

링크 - http://www.icr.org/pubs/imp/imp-299.htm ,

출처 - ICR, Impact No. 299, 1998

구분 - 3

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=673

참고 : 2621|3075|3675|3742|3796|3981|4021|4061|4173|4234|4278|4333|4461|4466|4509|4582|4598|4657|4806|4821|4879|5305|5165|5167|5318|5411



서울특별시 종로구 창경궁로26길 28-3

대표전화 02-419-6465  /  팩스 02-451-0130  /  desk@creation.kr

고유번호 : 219-82-00916             Copyright ⓒ 한국창조과학회

상호명 : (주)창조과학미디어  /  대표자 : 박영민

사업자번호 : 120-87-70892

통신판매업신고 : 제 2021-서울종로-1605 호

주소 : 서울특별시 종로구 창경궁로26길 28-5

대표전화 : 02-419-6484

개인정보책임자 : 김광