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Korea Institute of Ocean Science & Technology

해양생물로부터 신물질 개발 연구

  • 조회 : 13899
  • 등록일 : 2007-06-05



  해양생물자원은 의약품 개발에 있어 획기적인 전기를 마련할 것으로 기대를 모으고 있다.  지금까지 많은 종류의 의약품들이 육상 식물이나 육상 미생물에서 개발되어 현재 사용되고 있으나, 이제 육지에서 사는 미생물이나 식물에서 개발되는 새로운 의약품의 수는 점점 줄어들고 있어 의약품을 개발하기 위한 자원으로서 해양생물이 각광을 받고 있다. 바다는 생명을 탄생시킨 모태로서 생물진화의 보금자리 역할을 하고 있으며, 지구 표면적의 70%를 차지하고 있는 해양에는 지구상 생명체의 약 80%가 살고 있어 아직도 미이용 해양생물이 무궁무진하다고 할 수 있다.  또한 심해나 극한지 등 접근하기가 쉽지 않은 광대한 지역의 해양 환경이 아직도 남아 있어 해양생물로부터 고부가가치의 천연물을 개발하는 것은 무한한 가능성을 가지고 있다고 볼 수 있다. 해양생물은 육상생물과는 달리 3차원이 모두 물이라는 특이한 폐쇄계의 환경에서 살고 있기 때문에 이들의 대사물질도 육상생물의 것과는 다른 특이한 화학구조를 가지고 있다. 해양생물에서 어떤 약리활성을 가지는 천연물을 분리하여 의약품으로 개발하는 데에는 평균 10~15년이 걸린다. 해양생물에서 추출된 천연물은 시료의 채집과 분류, 활성물질의 추출과 정제, 구조결정, 생리활성 (혹은 약리활성) 측정, 약효를 증가시키고 부작용을 감소시키기 위한 구조변환 및 구조최적화 연구, 동물실험을 통한 약효 및 독성시험, 사람을 대상으로 약효 및 안전성 실험을 하는 임상실험 등 다양한 실험을 통해 약효 및 부작용을 검증 받아야 의약품으로 시판을 할 수 있다 (그림 1).



 해양생물들은 해양이라는 특수한 환경에 서식하여 진화를 거듭해 오면서 생존을 위한 화학적 방어능력을 습득하게 되었다. 이러한 화학적 방어에 필요한 물질들이 의약품 개발이나 항암물질 개발에 있어 중요한 물질로 활용될 수가 있다. 필자도 이러한 해양생물의 특성에 주목하여 해양생물이 생성하는 신물질을 이용하여 항암물질 및 의약품을 개발하는 연구를 수행하고 있으며, 해양미생물, 해면동물, 해조류 등에서 여러 가지 신물질을 분리, 정제하여 그 구조를 결정하고 이러한 신물질의 약리활성을 밝히는 연구를 하고 있다. 이러한 연구의 일환으로 필자는 2003년부터 해양수산부의 지원으로 ‘해양방선균으로부터 항암물질 개발’ 과제를 수행하고 있으며 본 과제에 대해서 간략히 소개하고자 한다.


 해양생물은 강력하고 다양한 생리활성과 신물질들을 많이 생성한다. 그러나 그 물질들이 해양생물의 체내에 미량 존재한다는 점과 일반적으로 해양천연물의 구조가 매우 복잡하여 합성이 어렵거나 많은 합성 단계를 요구한다는 점은 해양천연물 개발에 있어 가장 큰 문제점이다. 해양생물에서 분리한 천연물을 의약품으로 개발하기 위해서는 동물실험과 사람을 대상으로 하는 여러 단계의 임상실험을 통과하여야 하기 때문에 많은 양의 물질이 필요하다. 예를 들어 현재 임상2상에 진입해 있는 항암물질인 브라이오스태틴(bryostatin)의 경우, 이 물질을 생성하는 이끼벌레 1톤에 수 mg 이하로 미량 존재한다. 보통 해양천연물은 해양생물 무게의 10-6 % 정도로 체내에 미량 존재한다. 따라서 해양생물로부터 활성물질을 분리, 정제하여 의약품개발에 필요한 충분한 양을 공급하기가 상당히 어렵다. 이러한 공급의 문제를 해결할 수 있는 해양생물이 해양방선균과 같은 해양미생물이다. 현재 우리가 사용하고 있는 항생제의 약 70%정도가 방선균에서 분리되었을 정도로 방선균은 의약품 개발에 있어서 중요한 생물이지만 대부분 육상방선균을 중심으로 연구가 진행되어 왔으며, 해양방선균에 대한 연구는 거의 진행되어 있지 않다. 또한 해양방선균은 짧은 시간에 대량배양이 가능하여 필요한 물질의 양을 지속적으로 싸게 공급할 수 있다는 장점이 있다. 최근 스크립스해양연구소의 페니칼 교수가 심해퇴적토에서 분리한 해양방선균에서 ‘살리노스포라마이드’라고 하는 항암물질을 분리하여 3년만에 임상1상에 진입시켜 해양방선균이 의약품 개발에 있어서 큰 주목을 받고 있다.


 북극, 심해 등의 극한 환경 및 열대해역, 제주도, 국내연안 등의 다양한 해양환경에서 해면동물, 해조류 등의 해양생물 및 해양퇴적토를 채집한 후 여기에서 3,000종 이상의 해양방선균 및 해양미생물을 분리하였으며, 분리된 해양방선균은 glycerol 용액에 현탁시켜 -70℃에서 보관하고 있다.


 다양한 해양생물 및 해양퇴적토 등에서 분리한 해양방선균 중에서 1,500여종의 해양방선균을 소량배양한 후에 배양액을 유기용매로 추출하여 추출물 library를 구축하고, 항암활성 등의 약리활성 및 화학적 분석을 통하여 중점연구대상 균주를 선정하였다.


 항암활성 검색이나 약리활성 검색에서 강한 활성을 나타내는 해양방선균을 30L 이상 대량배양하여 항암물질을 각종 컬럼 크로마토그래피와 HPLC 등을 이용하여 분리, 정제하고 NMR(핵자기공명장치), MS(질량분석장치) 등과 분광학적인 방법들을 통하여 70종 이상의 항암물질 및 여러 가지 활성물질에 대하여 구조를 결정하였다. 이러한 물질에는 여러 가지 신물질도 포함되어 있어 특허출원을 완료 하였거나 특허출원 준비 중에 있다.


 동해안에서 분리한 해양방선균에서 한국인에게 자주 발병되는 대장암, 유방암, 위암 등 7종의 암에 대하여 아주 강력한 항암활성을 나타내는 항암물질을 분리하여 구조결정을 완료하고 특허를 출원하였다. 이 물질은 구조도 복잡하지 않으며 강력한 항암활성을 가지고 있어, 이 물질의 합성을 시도하여 전합성에 성공하였다. 보다 정밀한 항암효과를 검증하기 위하여 쥐에게 암세포를 이식하여 이 물질을 복강투여 하였다. 20일간 쥐를 이용하여 동물실험을 실시한 결과, 이 물질은 50% 이상 암세포의 성장을 억제하여 항암제로서 매우 뛰어난 효과를 가지고 있음을 알 수 있었으며, 체중의 감소도 유발하지 않아 향후 항암제로서 개발될 가능성이 아주 높은 것을 알 수 있었다.
 이 밖에도 암세포의 성장과 전이에 필요한 혈관신생 작용을 억제하는 혈관신생억제제 등의 신규 항암물질도 해양방선균에서 분리하여 구조를 규명하였으며 동물실험에 필요한 양을 얻기 위하여 전합성을 하고 있다.

 1990년대 중반 이후 해양생물자원을 신규 유용물질의 원천으로서 확보하려는 국가 간의 경쟁이 점점 더 치열해지고 있으며, 미국의 스크립스 해양연구소(SIO), 일본의 해양생명공학연구소(MBI)와 해양과학기술센터(JAMSTEC), 호주 연방산업연구소(CSIRO) 등 세계적인 해양연구기관에서도 해양생물유래 의약활성물질에 대한 탐색과 산업적인 개발을 핵심 연구분야의 하나로 인정하여 지원하고 있다. 우리 연구원도 세계적인 종합 해양연구기관으로 거듭나기 위해서는 순수 해양학뿐만 아니라 해양생물의 기능과 역할을 이용하고 연구하는 응용분야의 학문에 대해서도 관심이 필요할 것이다. 서로 다른 연구 분야이더라도 따뜻한 애정과 관심으로 지켜봐 주시고 학문의 융합과 새로운 아이디어 창출을 위해 건설적인 충고를 당부 드리면서 이글을 마치고자 한다.



2007-06-05 

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2019-07-08