식물의이차대사산물에관한짧은정보 식물은다양한종류의유용물질의 source로서인류생활에많은영향을주었으며최근약 20여년동안은세포배양기술과유전공학등첨단기술의발전에힘입어식물의산업적응용에보다많은관심이집중되고있다. 식물이생산하는유용물질들은대부분 alkaloid, steroid, terpenoid, phenolics와같은이차대사산물로서의약품, 염료, 색소, 향료, 식품첨가제등으로이용되고있다. 따라서, 유기합성기술의발전에의해많은화합물이합성되었음에도불구하고식물은여전히신물질의공급원으로서각광받고있다. 현재이들생화학물질의생산은식물을재배하고추출, 정제함으로써이루어지고있는데이런재래공정은지리적, 기후적, 정책적영향을받으며재배환경의변화에도크게영향을받는다는단점이있다. 특히식물재배로추출할수있는생산량이매우적으며고부가가치물질로인정받고있는의약품의경우, 재배에지역적한계가있는것으로알려져있다. 한편, 식물조직배양기술의진보에의해 1개의조직세포로부터원래식물체로재생가능하다는것이증명되어, 식물세포가형태형성에관해완전한유전정보를갖는것은잘알려져있다. 따라서이와같은식물세포의전능성 (totipotency) 은배양세포가물질대사에관해서도원래식물과똑같은정보를가지고있는것을시사하는것으로식물조직배양이식물성분생산의새로운수단이될수있는것을원리적으로기대케한다. 그래서식물세포, 기관및조직을 in vitro 에서대량배양하여유용식물성분을계획적으로생산하여안정적인공급을위한연구가세계각국의연구기관, 기업체에서활발히진행되고있다. 더욱이원형질체배양, 세포융합, 유전자재조합등최근의 biotechnology 기술의발전은식물조직배양에의한유용물질생산의가능성을크게하고있다. 식물세포를배양하여유용이차대사산물을대량생산함으로서이를상업화하고자하는본격적인시도는 1950년대에미국의 Luis Nickell에의해처음으로이루어졌다. Pfizer제약회사를설득할수있었던그의선구적인노력은 1960년대초까지계속되었으나당시의빈약한이차대사에관한생리학, 생화학적인이해로상업화로연결짓는데는역부족이었다. 이분야는이후상당기간동안연구자들의관심의대상에서벗어나있다가 1970년대에일기시작한생명공학붐에힘입어새로운조명을받게되었다. 지난 30년가까운기간동안의노력의결과, 자초세포배양에의한 shikonin 생산을위시한몇몇상업화의모델을제시하게되었다. 미생물의고생산세포주선발법을답습한식물세포주선발및배양조건의적정화로요약되는기존의방법은 empiricla한접근을근간으로하고있으며이러한방식은이분야의성격상대체할수없는절대적인것이기는하나최근에급속도로발전하고있는재조합 (r)dna기술에힘입어보다 rational한접근방식이제시되고있다. 일반적으로식물의이차대사산물은조직이나기관에서독자적으로발현되거나주어진환경에대한 defense mechanism에의해대사의최종단계에서생산되어세포질이나액포속으로이동하는것으로알려져있다. 또한, 이들은세포로부터조직이나기관으로분화하는단계에서특정유전자가자체의 differentiation 혹은 development program에의해연속
적이나간헐적으로발현되어생산되어지며식물의노화현상과도밀접한관련이있는것으로보고되고있다. 하지만지금까지이러한식물의이차대사산물은벤처회사를포함한기업에서중점적으로연구되어왔다기보다는그야말로, 부수적으로연구개발이이루어져왔다. 이는시장의규모라던가하는경제논리와함께, 식물이가지는기본적인원인때문인것으로이해하면되겠다. 즉식물조직배야에의한이차대사산물생산에있어서가장중요한요인은원하는유용물질을대량생산하는 cell line의개발과더불어생산능력의지속적인유지라할수있겠다. 식물체조직으로부터 callus를유도할때에는 somaclonal variation에의하여다양한변이가일어날수있으며, 이때얻어진 callus는매우다양한 genotype을갖는 cell들의혼합이라고볼수있다. 이에따라각각의 cell들은 alkaloid 생산능력에있어서도매우다양할것이다. 그런데바로이러한 cell을선별하는작업이용이하지못하다는것이다. 그도그럴것이한번씩계대배양할때마다좋은놈을선별해야하는데그계대주기가짧으면 1주에서늦을경우 5주정도되는것이다. 그렇다고계대배양이 5-6회지나면우리가원하는 cell을얻을것이라고는누구도장담할수없다는것이다 ( 이번주엔잘나왔다가다음주엔잘안나오는, 그런것들이보통이라하겠다 ). 하지만, 운좋게도이런선별이끝났다고하면그다음으론그세포를그러한상태로유지하는조건알아내기, 다른혼합물질로부터원하는물질을분리정제하기등의또다른문제가꼬리에꼬리를물고나타난다. 물론지금부터 5년정도지난후, 이글을읽게되면위에서말한문제들이우습게여겨질수도있을것이다. 하지만, 현재에도위의문제들을안고서젖과꿀이흐르는땅으로갈려는사람들이있으니 지금부터는그러한모험을즐기고있는사람들에대해알아보고자한다. 오늘은우선국내에있는팀들에대해알아본뒤해외의자료에대해서는조금더정보를수집한후알려주도록하겠다. 물론, 독자분들중졸열한저의글에만족을못해서, 뭔가를깨우쳐주시고싶으신분은가차없이연락을주시길 (aness@postech.ac.kr) 1. 벽산그룹동양물산기업 중앙기술연구소생물공학실 (http://www.tym.co.kr/tongyang/html/main2.html) - 생물공학실에서는식물조직배양기술을이용한무병주식물체대량생산시스템개발로현재무병주씨마늘및화훼종묘대량생산에관한연구를수행중에있으며또한식물체내의이차대사산물중유용한생리활성물질의대량생산과조직배양에필요한배양용기에관심을갖고연구개발중이다. 2. 서울대학교식품공학과기능성식품학연구실 ( 이형주교수님 ) (http://food.snu.ac.kr/~ffl/) - 본실험실의식물세포팀은식물세포배양기술을이용한천연색소, 풍미료생산에관한연구에주력하여왔다. 현재는자생향료식물세포배양에의한풍미료생산최적화와더불어형질전환된담배세포로부터외래단백질생산에관한연구가수
행되고있다. 3. 성균관대학교천연물약품연구실 ( 이강노교수님 ) (http://yurim.skku.ac.kr/~krlee/) - 본연구실에서는국내자생국화과식물중민간에서치료약으로사용된기록이있으나많이연구되어있지않은식물들을연구테마로선정하여성분연구및생리활성연구를수행하고있다. 성분연구는 terpenoids의분리및구조연구에역점을두고있으며, 생리활성은항암, 항염증, 항고지혈증및신경활성을중심으로하고있다. 또한분리된성분의구조에따라다양한검색법을선택하여성분의생리활성을연구하고있다. 이미연구가종료된식물로는국내자생쑥 10여종과식용으로쓰이는국화과자생식물수종이있다. 또한동충하초와백강잠등의곤충생약에대한연구도관심있게진행되고있다. 4. 아주대학교생명공학부생물공학전공세포방, 세포공학및프로테오믹스연구실 ( 변상요교수님 ) (http://www.ajou.ac.kr/~cellsep/) - 세포공학세포배양에의한생리활성물질생산형질전환된세포배양에의한고부가가치단백질생산 - 프로테오믹스극미세프로테옴분리분석기술개발 Protein chip 개발을위한 marker protein 탐색 - Bioseparation 천연물및단백질분리정제초임계유체를이용한청정분리정제 5. 인하대학교생물공학과세포배양공학실험실 ( 김동일교수님 ) (http://dragon.inha.ac.kr/~kimdi/) - 본연구실에서는식물세포배양을이용한대사산물이나유전자재조합단백질의약품의생산, 생물학적변환등에대하여연구하고있다. 6. 제노마인 (http://www.genomine.com) - 현재식물과동물에서부가가치가높은다수의기능성유전자와물질에대한특허를보유및출원준비중에있으며, 장기적으로는보유중인식물유전체연구기술을이용하여농업에직접이용가능한유전자군을대량으로발굴, 특허화할것
이다. 또한동물에있어서도노화, 생체시계, 발생및질병관련유용유전자를유전체연구를통하여대량발굴, 특허화하여상용화를목적으로하는국내외기업에판매할것이다. 7. Plant Metabolism Research Center ( 센터소장 : 경희대학교생명공학원한태룡교수님 ) (http://www.kyunghee.ac.kr/~src-pmrc/) - 이차대사생합성경로규명과조절연구단계최종및단계별연구목표평가지표 초기 2003) 이차대사생합성경로의규명및관련유전자확인 이차대사화합물분리동정및관련효소연구 이차대사대량발현효소및유전자연구 이차대사화합물조절인자연구 이차대사화합 물동정및경 로규명 중기 (2000- (2003-2006) 이차대사의조절및유전자발현메카니즘규명 대사관련효소확인및정제 생합성신호인자의전달과정및조절메카니즘연구 형질전환식물의개발및형질유전검정연구 이차대사관련 효소및유전 자특성규명 후기유전자공학을통한신작물창출로이차대사이론정립이차대사관련
(2006- Sesquiterpenoids 생합성경로및조절연구 형질전환식 2009) Chimeric enzyme을이용한새로운구조의이차대사산물설물의특성및 계 활용성규명 생산가능성연구 색소생합성경로규명 이차대사유전자의식물생리화학적역할규명및유용이 차 대사물생산신작물창출 Terpene 생합성을모델로하여식물의이차대사경로를규명하고이에관여 최종 하는유전자와효소수준에서의활성조절메카니즘을이해함으로써식물이 생태계내에서화학통신을구현하는분자수준의행동을밝히고, 이를임의로 제어할수있는수단을획득하고자한다