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광대싸리 항암성분 생합성 경로 70년만에 규명..."대량생산 위한 보물지도 찾았다"

"우리나라 토종 식물인 광대싸리에서 항암 물질로 알려진 세큐리닌 생성 경로를 70년만에 찾았다. 국내 식물에서 보물지도를 찾은 것과 같다." 한순규 KAIST 화학과 교수는 전화통화에서 세큐리닌 생합성 경로를 찾은 것에 대해 이 같이 설명하며 "수년 내 대량생산도 가능할 것"이라고 조심스레 전망했다. KAIST는 생명과학과 김상규 교수 연구팀과 화학과 한순규 교수 연구팀이 우리나라 자생 식물인 광대싸리에서 항암 효과로 알려진 세큐리닌 계열 물질이 만들어지는 핵심 과정을 처음 규명했다고 6일 밝혔다. 세큐리닌은 지난 1956년 광대싸리에서 처음 발견됐다. 지금까지 130종이 넘는 관련 물질이 보고됐다. 이들 가운데 일부는 항암 효과를 보이고, 뇌로 잘 전달돼 신경 재생을 돕는 효능이 있는 것으로 알려져 있다. 다만, 이 같은 세큐리닌 효능에도 불구하고 이 성분이 세포 안에서 어떤 과정을 거쳐 합성되는지는 지난 70년간 규명되지 않은 영역이었다. 광대싸리는 한반도 원산 약용 식물로, 민간에서도 오래 전부터 잎과 뿌리를 요통 등의 치료제로 썼다. 이 식물에 세큐리닌을 비롯한 다양한 알칼로이드 성분이 있어 신약 개발 가능성이 높은 약용식물로 주목받아 왔다. 한순규 교수는 "현재 경기도 성남 불곡산에 있는 KAIST 생태림에서 대량 재배 방법 등을 연구 중"이라며 "야생식물 재배법을 연구한다고 하니, 농가에서도 처음엔 황당해 했다"고 연구 초기 당시 힘들었던 상황을 토로했다. KAIST 출신인 한 교수는 MIT에서 박사학위를 받은 뒤 예일대학을 거쳐 지난 2014년부터 KAIST 교수로 재직해왔다. 한 교수는 "항암 성분 세큐리닌이 생성되는 전 과정을 처음 밝혀낸 것으로, 실험실과 미생물 공장에서 항암 물질을 안정적으로 생산할 수 있는 길이 열렸다"며 "특히, 화학과 생명과학의 협력이 핵심 역할을 했다"고 강조했다. 세큐리닌 계열 물질의 화학적 합성을 오랫동안 연구해 온 한순규 화학과 교수 연구팀과, 식물 유전체 분석과 단일세포 분석에 강점을 가진 김상규 생명과학과 교수 연구팀의 공동 연구 합작품이기 때문이다. 김상규 교수 연구팀은 'KAIST 생태림'에서 광대싸리를 확보해 연구 시료를 만들고, 식물 유전체를 정밀 분석했다. 특히 세큐리닌 생성이 활발한 잎 조직을 대상으로 단일세포 전사체 분석을 수행해, 어떤 세포에서 어떤 유전자가 작동하는지를 세밀하게 추적했다. 한순규 교수 연구팀은 세큐리닌이 만들어지기 바로 전 단계 물질이 '비로신 B'라는 것을 처음 확인하고, 이를 실험실에서 직접 만들어 변화를 관찰했다. 그 결과, 식물 속 효소인 '황산전이효소'가 비로신 B를 항암 성분 세큐리닌으로 바꾸는 데 핵심적인 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다. 황산전이효소가 단순히 화학 성분을 붙이는 보조 역할이 아니라, 알칼로이드의 구조 자체를 바꾸는 데도 중요한 역할을 할 수 있음을 처음으로 보여준 연구 결과다. 연구팀은 이 연구를 위해 광대싸리 유전자 지도를 제작하고, 단일세포 전사체 분석을 통해 유전자 발현 패턴을 고해상도로 분석했다. 한순규 교수는 "용해도를 높이거나 물질 분해를 촉진하는 것으로 여겨졌던 황산전이효소가 알칼로이드 분자 골격의 재배열을 매개하는 최초 사례"라며 "황산전이효소의 새로운 역할을 발견해냈다는 의의가 있다"고 설명했다. 이 때 얻어진 두 개의 유전자에 각각 'FsNSST1/2'이라는 이름도 명명했다. 연구팀은 "모든 생합성 유전자들이(티로신, 라이신 등) 광대싸리 잎 관다발세포군(체관부유조직)에서 집중적으로 발현됐다"며 "이는 이차대사물질 생합성 경로상의 핵심 유전자뿐만 아니라, 이차대사물질 생합성을 보조하는 유전자 또한 유기적으로 연계디어야 함을 시사한다"고 부연설명했다. 김상규 교수는 "우리나라 자생 식물에서 얻을 수 있는 고부가가치 천연물이 어떻게 만들어지는지를 분자 수준에서 밝힌 것”이라며 “미생물이나 세포를 이용해 항암 물질을 안정적으로 생산하고, 다양한 의약학적 응용으로 이어질 수 있는 기반을 마련했다”고 말했다. 연구에는 KAIST 정성준 박사후연구원, 강규민 박사후연구원, 김태인 석박통합과정생이 공동 제1저자로 참여했다. 연구 성과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 15.7, 1월 23일자)에 게재됐다. 연구는 과기정통부/한국연구재단 중견 연구자 관련 사업, 농촌진흥청 NBT사업단 차세대농작물신육종기술개발 사업, KAIST 생태연구프로그램 지원을 받았다.

2026.02.06 12:18박희범 기자

알파-만노사이드축적증 치료제 '람제데주10밀리그램' 국내 첫 허가

규제당국이 '알파-만노사이드축적증' 환자 치료제를 처음으로 허가했다. 식품의약품안전처는 12일 '알파-만노사이드축적증' 환자의 비중추신경계 증상 치료에 사용하는 수입 희귀의약품 '람제데주10밀리그램(벨마나제알파)'에 대해 국내 품목허가를 결정했다. 기존에는 알파-만노사이드축적증 환자에 대한 허가된 치료제가 없었다. 이번이 첫 허가. 알파-만노사이드축적증이란, 리소좀 내 알파-만노사이드분해효소 결핍으로 만노스가 포함된 올리고당이 분해되지 못하고 축적되어 안면 및 골격 이상, 면역결핍 등이 나타나는 질환이다. 람제데주10밀리그램은 유전자재조합 알파-만노사이드분해효소다. 알파-만노사이드축적증 환자에서 부족한 이 효소를 보충, 장기 내 만노스가 포함된 올리고당의 축적을 감소시키고 비중추신경계 증상을 완화하는 기전으로 작용한다. 식약처는 “해당 환자들에게 새 치료 기회를 제공할 것으로 기대된다”라며 “앞으로도 규제과학 전문성을 기반으로 희귀질환 환자에게 새 치료제가 신속하게 공급돼 치료 기회가 확대될 수 있도록 하겠다”라고 밝혔다.

2026.01.12 14:37김양균 기자

그린수소 생산 효율 65%, 셀 수명은 8배 ↑

그린수소를 더 값싸게, 효율적으로 생산할 수 있는 획기적인 기술이 개발됐다. UNIST 에너지화학공학과 송현곤 교수팀은 생체 조효소 FAD(플라빈 아데닌 다이뉴클레오타이드)를 전극 표면에 입혀 저전압으로 수소를 생산하고 이를 바로 액상 유기물에 저장할 수 있는 전기화학 시스템을 개발했다고 26일 밝혔다. 이 시스템은 수소를 만들어 기체 상태가 아닌 액상 유기물에 비로 저장할 수 있어 수소 생산 비용 뿐만 아니라 저장·운반 비용까지 줄일 수 있다. 백금 전극에서 포름산(HCOOH)이 산화돼 나온 전자가 반대편 팔라듐 전극 수소이온(H⁺)과 만나 수소(H)를 만든다. 이때 만들어진 수소는 팔라듐 금속막을 그대로 통과, 그 뒤편의 액상 유기물 속에 저장된다. 연구팀은 "FAD 조효소를 양쪽 전극에 입혀 수소이온(H⁺) 흡착량을 3배 이상 늘렸다"고 말했다. 10 mA/cm²의 전류 밀도에서도 셀 전압은 기존(1.7V) 대비 1.1V 감소한 0.6 V 이하로 유지한다. 기존보다 65% 개선한 수치다. 또한, 팔라듐(Pd) 금속막을 통해 생성된 수소를 액상 유기물(톨루엔) 속에 저장하는 액체유기수소운반체(LOHC) 시스템도 함께 구현해, 수소 생산과 저장을 하나의 시스템 안에서 동시에 가능케 했다. 수명도 기존 대비 8배 늘어난 100시간 이상 연속 작동에서도 성능 저하가 없다. 셀 작동 전압이 높을수록 전력 소모가 많고 수명이 준다. 송현곤 에너지화학공학과 교수는 "기체 상태 수소를 액상 유기물에 주입하는 별도 공정이 필요 없는 것이 이 기술의 장점"이라고 말했다. 제 1저자인 이지수 연구원은 “액상 유기물에서 수소를 저장할 때는 기체 상태의 수소(H₂)를 고압으로 주입하거나 반응 조건을 맞추는 추가 공정이 필요한데, 이 기술은 전극에서 발생한 수소를 원자 형태(H)로 바로 액상 유기물에 저장한다”고 부연 설명했다. 송 교수는 “생체 분자가 가진 전자·양성자 운반 특성을 전기화학 시스템에 접목해, 수소 생산과 저장을 동시에 해결할 수 있게 됐다”며 “고압 용기 없이 수소를 저장하는 새로운 방법"이라고 말했다. 연구 성과는 국제학술지 '응용 촉매 B: 환경과 에너지(Applied Catalysis B: Environmental and Energy)' 에 7월 2일자 온라인으로 게재됐다.

2025.08.26 08:00박희범 기자

유전자변형 없는 미생물로 저당 감미료 '알룰로스' 생산 기반 마련

환경부 산하 국립낙동강생물자원관(관장 용석원)은 최근 유전자변형 없이 과당을 저당 감미료인 알룰로스로 전환할 수 있는 미생물 균주 발굴에 성공했다고 7일 밝혔다. 알룰로스는 설탕과 유사한 단맛을 지니면서도 칼로리가 거의 없고 혈당을 올리지 않는 저당 감미료로, 항산화·항비만 효과도 있는 것으로 보고되고 있다. 최근 세계 대체당 시장이 연평균 5.7% 이상 급성장하면서 알룰로스는 식품업계의 주요 전략 소재로 주목받고 있다. 낙동강생물자원관 관계자는 “대부분의 미생물은 자연 상태에서는 알룰로스를 효율적으로 생산하지 못하기 때문에 식품 산업에서는 알룰로스 생산 능력을 향상시킨 유전자변형(GMO) 균주를 활용한 생산 기술이 많이 사용되고 있다”며 “최근엔 'GMO 완전표시제' 도입 논의가 본격화하면서 국내 식품업계의 비유전자변형(Non-GMO) 균주 수요가 크게 증가하고 있다”고 설명했다. 낙동강생물자원관은 보유하고 있는 미생물 자원을 활용해 알룰로스 생산 능력을 가진 균주 5종을 선별하고, 이들로부터 유래한 알룰로스 합성 효소 정제와 기능 분석을 진행했다. 연구결과를 바탕으로 마이크로박테리움 아라비노갈락타놀리티쿰 종 미생물 특허가 8월 중에 출원되고, 추가로 마이크로박테리움 파라옥시단스 종 미생물 특허 역시 9월 초 추가로 출원될 예정이다. 연구진은 이들 균주에서 유래한 효소가 기존에 알려진 효소에 비해 섭씨 70도 이상 고온에서도 활성률이 높고, 알룰로스 전환율 또한 우수함을 확인했다. 낙동강생물자원관은 이번 연구가 유전자변형 없는 천연 미생물을 활용해 소비자 신뢰도가 높은 알룰로스 생산 기술 개발 기반을 마련한 것으로, 향후 식품·바이오 산업에서 국내 대체당 소재 세계 시장 경쟁력 강화에 기여할 것으로 기대했다. 김의진 국립낙동강생물자원관 생물자원연구실장은 “소비자 우려를 최소화하면서도 고기능성 감미료를 생산할 수 있다는 점에서 관련 산업에 미치는 파급력이 클 것”이라며, “앞으로 생산 공정 최적화 등 관련 연구를 통해 미생물 기반 대체당 원료의 자체 기술 확보와 산업화에 더욱 노력할 계획”이라고 밝혔다.

2025.08.07 16:08주문정 기자

건국대, 이산화탄소를 고효율 액체 연료로 전환하는 기술 개발

건국대학교 박기태 교수(화학공학부) 연구팀이 고려대학교·KAIST 연구진과 공동으로 이산화탄소(CO₂)를 고효율 액체 연료로 전환하는 차세대 전기화학 시스템을 개발했다고 1일 밝혔다. 개발 성과는 화학 분야 세계 최고 권위 학술지 중 하나인 Angewandte Chemie(IF=16.9) 2025년 7월호 표지 논문으로 선정됐다. 연구팀은 전기화학적 CO₂ 전환 기술의 핵심 난제 중 하나인 'CO₂ 공급 제한' 문제를 생물촉매 기반 전략으로 해결했다. 탄산무수화효소(bCA·bovine carbonic anhydrase)를 탄소나노튜브(CNT)에 고정하면 수백일 이상 효소 활성이 유지되는데, 이를 비스무트(Bi) 금속 촉매와 결합해 금속–효소 하이브리드 전극(M–bCA cathode)을 제작했다. 이 시스템은 촉매 표면에 형성된 중탄산염으로부터 CO₂를 빠르게 재생해 촉매에 공급함으로써 기존 전극보다 반응 속도를 최대 3.3배까지 높였다. 또 별도 정제 과정 없이도 15% 이상의 고농도 개미산(formic acid)을 전해질과 섞이지 않은 형태로 직접 생산하는 데 성공했다. 개미산은 산업적 용도 외에도 수소 저장 매체와 탄소 중립적인 액체 연료로도 사용될 수 있다. 연구팀은 “이번 기술은 고체전해질 기반의 새로운 전해 시스템을 적용해, 고순도 액체 연료를 직접 제조할 수 있는 기반 기술로 평가받고 있다”며 “탄소 자원화 기술의 산업적 실현을 앞당길 수 있는 전환점”이 될 것으로 기대했다. 박기태 교수는 “효소 기반 CO₂ 공급 메커니즘을 전기화학 시스템에 성공적으로 통합함으로써, 탄소중립 사회를 위한 실용적 탄소 자원화 기술 상용화의 토대를 마련했다”고 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 국가연구개발사업의 지원을 받아 수행됐다. 건국대 박기태 교수와 강여민·도영진 박사과정생, 고려대 김중배 교수와 김윤재 박사과정생, KAIST 이진우 교수가 참여했다.

2025.08.01 15:41주문정 기자

희귀질환 환아, 조기진단 방안 마련 시급…진단 지연에 더욱 고통

“태어났을 때 안저 검사는 받지 못해 중요한 진단 기회를 놓쳤고, 생후 30일 무렵 이상을 감지했지만, 여러 병원을 전전하며 적절한 검사를 받지 못해 치료 기회를 잃어 시력을 보존하지 못했다”(희귀질환 환아 보호자) 희귀질환자들이 질병을 진단받기 위해 병원을 전전하는 것으로 나타나 조기진단 체계 도입이 시급하다는 지적이다. 지난 17일 국민의힘 안상훈 의원(보건복지위원회) 주최, 한국희귀‧난치성질환연합회(이하 연합회) 주관으로 열린 '희귀질환 조기진단 방안 마련을 위한 정책토론회'에서 희귀질환을 앓고 있는 어린이들이 적시에 진단받지 못하고 여러 의료기관을 전전하는 '진단방랑' 문제를 집중 조명하고, 정책 대안을 모색했다. 특히 희귀질환을 앓고 있는 환아 보호자들이 진단 과정에서 겪는 현실적인 어려움을 공유하고, 실질적인 조기진단 방안을 모색하기 위해 마련됐으며, 조기진단 체계가 확립되지 않은 국내 상황에 대해 의료계 및 정책 전문가들이 개선책을 논의했다. 발제에 나선 조성윤 삼성서울병원 교수는 희귀질환 환자들이 평균 4.7년 동안 여러 병원을 전전하며 진단이 지연되는 구조적 문제를 지적하며, “진단 지연은 환자와 보호자에게 큰 심리적, 경제적 부담을 주며, 치료 기회를 놓칠 수 있다. 이를 해결하기 위해 국가 차원의 체계 구축과 병원 간 협력이 필수적”이라고 강조했다. 또 연세대학교 치과대학병원 강정민 교수는 일본의 영유아 구강검진을 활용한 조기진단 사례를 소개했다. 그는 “일본은 저인산효소증 환아 110명 이상을 조기에 발굴한 사례가 있다. 이와 같은 국가 차원의 조기 진단 체계 구축은 우리나라에도 큰 도움이 될 것”이라며 “국내에서도 구강검진 항목에 저인산효소증 관련 지표를 포함시킬 필요가 있다”고 강조했다. 이어진 종합토론에서는 희귀질환 환아 보호자들이 직접 진단 과정에서 겪은 어려움을 증언했고, 한국희귀난치성질환연합회 정진향 사무총장, 질병관리청 희귀질환관리과 김지영 과장, 보건복지부 건강증진과 박지민 사무관이 참여해 희귀질환 조기진단 체계 구축을 위한 정책적 개선 방향을 논의했다. 저인산효소증 환아 보호자는 “저인산효소증은 증상이 다른 질환과 유사해 조기에 발견되지 않으면 정확한 진단까지 오랜 시간이 걸릴 수 있다”며 “유전자 검사와 선별검사가 보다 체계적으로 이루어진다면 조기 발견이 가능해질 것이다. 하지만 현재 급여 기준이 제한적이어서 진단 이후에도 실질적인 치료 기회를 얻기 어려운 환자들이 많다”라고 호소했다. 또 소아희귀난치성안과질환 환아 보호자는 “우리 아이는 태어나면서부터 모든 신생아 검사를 통과했지만, 정작 안저 검사는 받지 못해 중요한 진단 기회를 놓쳤다. 생후 30일 무렵 이상을 감지했지만, 여러 병원을 전전하며 적절한 검사를 받지 못해 결국 뒤늦게 진단받아 시력을 보존하지 못했고, 치료의 기회를 잃었다”라며 안타까운 사연을 전했다. 패널로 나선 연합회 정진향 사무총장은 “진단이 늦어진다는 것은 치료 기회가 사라진다는 것”이라며 “특히나 저인산효소증, 소아난치성안과질환, 척수성근위축증과 같이 치료제, 외과 수술 등 치료 방법이 있음에도 진단받지 못해 치료의 기회를 놓치거나 생명을 잃는 안타까운 현실에서 이제라도 벗어나기 위해 정부가 실질적인 정책을 마련해야 한다”고 촉구했다. 안상훈 의원은 “우리나라의 세계적인 의료기술이 많은 질환에 대해 조기 발견과 치료 성과를 높이고 있음에도 불구하고, 여전히 많은 희귀질환 환아들이 시스템 미흡으로 적시에 진단받지 못하고 치료 기회를 놓치고 있다”며 “해외 선진국들은 희귀질환 조기진단을 위한 체계적인 노력을 기울이고 있는 것철먼 우리나라도 해외 사례를 참고해 조기진단 체계를 강화해야 한다”고 촉구했다. 또 “특히 일본 사례를 참고해 영유아 구강검진 문진항목에 저인산효소증 관련 항목을 포함하는 등 실질적인 대책이 마련되어야 한다”며 “이번 토론회를 통해 도출된 정책적 제언들이 실질적인 제도 개선으로 이어질 수 있도록 보건복지부를 비롯한 관계기관들과 협의해 나가겠다”고 밝혔다. 김재학 연합회 회장은 인사말을 통해 “희귀질환 환아의 생명은 단순한 의료 접근성의 문제가 아니라, 국가가 책임지고 해결해야 할 사회적 과제”라며 “아이들이 확진을 받기까지 오랜 시간이 걸리는 현재의 구조는 개선돼야 한다. 진단이 늦어질수록 치료 기회를 놓치는 것은 물론, 환자와 가족의 삶까지도 피폐해지는 만큼 조기진단 체계 마련이 더 이상 미뤄져서는 안 된다”고 강조했다.

2025.03.18 16:29조민규 기자

서울대·울산대, AI활용 새로운 면역항암 치료용 효소 찾아

효소는 생명체 내 화학 반응을 촉진하는 생체 촉매다. 높은 촉매 효율과 열적 안정성을 가진 효소는 식품, 바이오연료, 제약 등의 분야에서 산업적으로 가치가 높다. 하지만, 효율과 안정성 모두를 갖춘 효소를 발굴, 개발하는데는 난관이 많다. 서울대학교는 화학부 및 생명과학부, 제약학과 연구진 및 울산대학교 의과대학 및 갤럭스와의 공동연구로 AI를 활용한 면역항암 치료용 효소를 발굴했다고 4일 밝혔다. 연구진은 이를 위해 단백질 언어 모델 기반으로 대규모 단백질 데이터베이스에서 유망한 단백질을 발굴하는 '시크랭크(SeekRank)'알고리즘을 개발했다. 연구진은 이 '시크랭크'를 이용해 면역 항암 억제제로 알려진 L-키뉴레닌을 분해, 항암에 효과적인 효소 키뉴레니나아제(kynureninase)를 발굴했다. 새롭게 발굴된 이 효소는 기존 치료용 효소보다 2배 높은 활성도를 나타냈다. 높은 열적 안정성과 활성도를 기반으로, 동물 모델에서는 종양 무게가 3.4배 더 감소하는 것을 확인했다. 연구팀은 "효소의 활성 자리와 기질 간 상호작용을 분자 동역학 시뮬레이션으로 분석, 효소 구조와 활성이 어떻게 최적화될 수 있는지 밝혀냈다"고 설명했다. 엄현욱 박사는 "AI와 생명과학, 생화학 분야 융합을 통한 혁신적인 치료제 개발의 대표적 사례"라며 "이 연구결과가 향후 암 치료 뿐만 아니라 다양한 질병 치료와 바이오산업에 활용될 것"으로 기대했다. 연구팀은 '시크랭크' 알고리즘을 오픈소스로 공개, 전 세계 연구자들의 효소 발굴 연구와 치료제 개발을 지원할 계획이다.

2025.01.04 15:03박희범 기자