계명대 박종구 교수, 유전자 기능 대량분석 신기술 세계최초 개발
계명대학교 의과대학 박종구 교수(사진)는 자체 고안한 새로운 형태의 LC형 안티센스 (LC-antisense)를 이용하는 초고속 대용량 유전자 기능분석 시스템을 개발하였고 후속적으로 이를 응용하여 56개의 간암 성장 관련 유전자를 일괄 규명하는데 성공하였다.
본 연구는 과학기술부 MRC 연구프로그램, 계명대학교 및 동산의료원의 전폭적인 지원 및 바이오벤처 기업 (주)웰진과의 산학연 연계프로그램을 통하여 연구에 착수한지 5년여 만에 맺은 결실이다. 본 기술의 성공적 개발로 말미암아 박교수 연구팀은 포스트 게놈 연구분야를 전세계적으로 주도할 독자적 시스템을 확보하게 되었다.
최근 전세계적인 공동연구의 결과로서 30억 개의 인간 염기서열을 비롯한 동식물, 미생물의 게놈 정보가 속속들이 밝혀지고 있다. 획득한 게놈 정보들은 의료 및 제약산업, 농업, 식품산업, 환경산업 등 다양한 영역에 활용될 것이다. 향후 포스트 게놈 시대의 패러다임은 “게놈정보라는 무한한 자원으로부터 누가 먼저 유용 유전자들을 대량으로 신속히 발굴하여 지적 소유권을 확보하느냐에 따라 미래 의약 및 생명과학 시장을 주도할 수 있다”는 명제에 따라 새로이 재편될 것이며, 이를 위하여 현재 전세계 국가 및 기업들은 무한 경쟁에 돌입해 있다. 이를 현실화하기 위해서는 먼저, 축적된 방대한 양의 게놈 정보로부터 유전자의 기능을 대량으로 분석하고, 이들의 기능적 네트워크를 체계적으로 밝혀야 한다. 그러나 지금까지 해외 연구진들에 의해 개발된 관련 기술들은 유전자 기능분석의 속도성, 결과의 불 일관성 측면에서 한계점을 가지며, 더불어 막대한 비용이 소요되는 단점이 있었다.
박 교수 팀이 개발한 본 기술은 특정 질병세포 및 조직을 대상으로 수천 내지 수만개 유전자들의 기능을 초고속으로 일괄 분석할 수 있는 새로운 시스템이다. 분석의 속도성 및 정확성 측면에서 선진국이 보유한 기존 기술보다 약 500배 향상된 것이다. 본 기술의 개발로 인하여 약 30-50년이 소요될 것으로 추정되었던 포스트 게놈 연구의 완성 기간을 절반으로 단축할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 유전체 연구에서 해외 연구그룹의 기존 방법들을 더 이상 답습할 필요가 없으며, “대규모 확정적 유전자 기능 규명” 방법 도입을 통한 생명 및 의과학 전분야의 국가경쟁력을 획기적으로 개선시킬 수 있을 뿐만 아니라 핵산 안티센스 치료제 발굴, 유전자 치료 등의 소재 발굴에 새로운 전기를 마련하였다는 점에서 큰 의미를 가진다.
본 기술을 사용하여 박 교수 팀은 이미 5종의 주요 인체 암세포의 성장에 관여하는 670종의 유용 유전자를 발굴하였으나 현재 연구자금의 부족으로 추가적 세부 연구가 지연되고 있는 상황이다. 그러나 열악한 지방대학의 연구개발 환경과 부족한 연구비 조달상황에서도 획기적인 아이디어로서 연구 패러다임의 혁신적 변화를 유도할 수 있음을 보여주는 좋은 예로서 상당한 의미를 부여할 수 있을 것이다.
향후 정부의 적극적이고 신속한 지원이 있을 경우, 국내 생명과학 연구 경쟁력의 제고와 첨단 제약산업 발전의기초인 원천 유전자에 대한 대규모 물질 특허의 확보가 신속히 진행될 수 있을 것이다. 본 기술의 개발은, 2010년도 약 5조원 규모로 추산되는 유전자 및 기능 유전체학 시장공략과 나아가 향후 연간 210조원규모로 추정되는 핵산의약품 및 유전자 치료제 시장의 주도권 확보를 가능하게 할 원천기술을 확보하게 되었음을 의미한다.
<연구의 내용>
작성 : (주)웰진 연구개발팀
안티센스 물질은 유전정보 흐름의 중간체인 전령 RNA (mRNA)에 선택적으로 결합하여 유전정보 흐름을 차단하는 물질로 분자 치료제 개발 및 기능 유전체학의 핵심적 소재로 지난 25년간 집중적 연구개발의 대상이 되어왔다. 그러나 초기의 1, 2, 3 세대 안티센스 물질은 구조적으로 취약하거나 부작용을 유발하여 실용화가 어려웠다. 본 연구팀에서는 이러한 문제점을 원천적으로 개선할 제 4세대 안티센스 기술인 리본 안티센스를 개발한바 있으며, 현재 항암 및 항 대사성 질환치료제를 개발하고 있다. 본 연구 팀에서는 나아가 제 5세대 안티센스 기술을 추가적으로 개발하여 기능 유전체학 (포스트 게놈)의 연구 개발 패러다임을 변경시킬 수 있게 되었다.
이번에 개발된 LC-안티센스 (제 5세대 안티센스)는 단 가닥 DNA 게놈을 가지는 박테리오페이지를 이용하여 배양 제작한 것으로 일반적 안티센스 분자와 비교하여 길이가 현저하게 길고 자연적인 핵산으로 구성되어 있다. 이러한 분자적 특성 때문에 안티센스 분자가 효과적으로 결합할 수 있는 부분을 찾아야 하는 고비용의 힘든 과정이 생략되었다. 더불어 많은 수의 안티센스 분자를 가진 라이브러리를 쉽게 제작할 수 있는 장점을 갖게 되었다. 이러한 장점을 이용하면 포스트 게놈 연구의 유용유전자 발굴에 소요되는 시간을 현저히 단축할 수 있다.
유용유전자의 발굴과 (포스트 게놈) 이에 동반된 지적 소유권의 확보는 각국마다 국가의 장래가 걸린 문제로 파악하여 미국을 필두로 막대한 연구 개발비를 투입하고 있다. 지난 2001년, 휴먼게놈 연구의 기본 결과가 미국의Bill Clinton 대통령에 의해 발표되었을 때 향후 약 30-50년 정도 소요 될 것으로 추정된바 있다. 포스트 게놈 연구를 효과적으로 추진하기 위하여 다양한 방법들이 제시되었으나 유전자 기능의 신속한 대량 분석 방법이 아직 개발되지 않았다. 이번에 본 연구팀이 개발한 LC-안티센스는 치료제로 개발 할 수 있는 가능성과 함께 유전자 기능분석을 대규모로 수행할 수 있는 장점을 가지고 있다. 이번 Nature Biotechnology에 발표된 논문은 본 연구팀에서 개발한 방법을 이용 간암세포의 성장에 관여한 53개의 유전자를 1,200개의 일차 분리된 유전자 그룹에서 일괄 발굴하였음을 나타낸다. 현재 본 연구팀에서는 이러한 안티센스 기술을 이용하여 5종류의 주요 인체 암 세포의 성장에 관련된 유전자 기능분석을 수행하여 이미 670 종의 유전자를 발굴해 두고 있는 상황이다. 이러한 사실은 지금까지 유용 유전자를 한 개씩 발견하여 발표하던 방법을 현저히 개선하는 것이다. 본 연구팀에서는 지난 4년간 각고의 노력을 경주하여 40,000개의 각각 다른 분자를 가진 방대한 안티센스 라이브러리의 구축과 대량생산 시스템을 고안 당해 연도에 라이브러리 전체에 대한 대량 생산이 완료될 것으로 전망된다. 대량 생산된 LC-안티센스는 특정한 생물학적 기능을 분석할 수 있는 assay 시스템에 적용하여 유용 질병관련 유전자군 일괄 발굴을 가능하게 한다.
본 연구팀이 개발한 기술은 유전자의 대량 기능분석을 위한 원천기반 기술로서 다음의 의미를 가진다. 1) 생명과학 연구의 경쟁력을 현저히 개선시킬 수 있다. 2) 향후 핵산 의약품 시장이 보격화 된 후 연 210조원으로 추산되는 original drugs 시장의 주도권을 확보 할 수 있다.
계명대학교 개요
계명대학교의 전신은 1954년 3월 미국 북장로회 주한 선교부의 교회지도자들이 설립한 계명기독학관이다. 1955년 2월 계명기독학교, 1956년 2월 계명기독대학을 거쳐 1965년 5월 계명대학으로 변경하였다. 1978년 3월 종합대학으로 승격, 지금의 교명인 계명대학교로 바꾸었다.
웹사이트: http://www.kmu.ac.kr
연락처
계명대 사공창호 (주)웰진 053-583-7081, Drs. 문익재, 이윤한, 한길한, 박종구 교수 자택전화053-526-7087직장전화053-250-7854
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2016년 12월 21일 09:30
