결핵균과 폐렴균 등 치료에 사용된 가장 오래된 항생제 '카나마이신'의 생합성 과정이 국내 연구진에 의해 세계에서 처음으로 규명됐다. 반세기 동안 베일에 가려 있던 이 과정을 밝혀냄으로써 내성 없는 차세대 항생제 개발의 새로운 길을 열었다는 평가를 받고 있다.
교육과학기술부와 한국연구재단은 윤여준 이화여대 교수(화학·나노과학과), 송재경 선문대 교수가 주도하고 박제원 선문대 교수, 박성렬 이화여대 박사가 참여한 연구팀이 '이종(異種)숙주' 발현 시스템과 조합생합성 기술을 활용해 카나마이신의 생합성 경로를 밝혀냈다고 10일 밝혔다.
카나마이신은 토양 미생물 방선균에 의해 생산되는 항생물질이다. 방선균은 유전자 조작이 거의 불가능해 카나마이신의 생합성 경로 규명은 전 세계 과학자에게 풀리지 않는 숙제였다. 이종숙주 발현시스템은 유전자 조작이 어려운 균주의 생합성 유전자를 유전자 조작이 쉽고 생산성이 뛰어난 균주에 옮겨 발현시키는 방법이다. 조합 생합성은 이종숙주 내에서 생합성 과정에 관여하는 여러 유전자를 조합해 목적 물질의 화학 구조를 재구성하는 기술이다.
카나마이신 합성 과정을 파악한 연구진은 또 다른 아미노글리코사이드 계열 항생제인 '부티로신'으로부터 'AHBA'라는 화학물질을 합성하는 유전자들을 꺼내 '스트렙토마이세스 베네주엘라' 균 속에 추가하고, 새로운 물질의 합성을 유도했다.
그 결과, 새로운 화학구조의 항생물질(1-N-AHBA-카나마이신X)도 밝혀냈다. 이 기술은 기존 의약품의 특정 화학구조를 바꾼 신약 개발 등에 활용될 것으로 예상된다.
윤 교수는 "항생제 오남용 결과 나타난 카나마이신의 내성균을 치료할 수 있는 아미카신 등 2세대 항생제가 1970년대 이미 개발됐으나 2세대 항생제에 대한 내성균들이 빈번히 발견되고 있다"며, "이번에 카나마이신의 생합성 유전자와 또 다른 항생제의 유전자를 조합해 새로운 항생물질을 만드는 데 성공했다"고 설명했다.
그는 이어 "아미노글리코사이드 계열 항생제의 합성 과정을 밝히고 새로운 항생물질을 만드는 데 성공했다"며, "이 기술은 기존 의약품의 특정 화학구조를 바꾼 신약 개발 등에 활용될 것"이라고 덧붙였다.
한편 이번 연구 성과는 세계 최고 권위지 '네이처(Nature)'의 자매지 '네이처 화학생물학(Nature Chemical Biology)' 지난 9일 자에 실렸다.
