베트남 출신 과학자, 식물이 항암 화합물을 생성하는 원리의 미스터리를 풀다

캐나다 오카나간의 브리티시 컬럼비아 대학교(UBC) 연구진은 강력한 항암 및 항염 특성을 지닌 희귀한 천연 화합물인 미트라필린을 생성하는 식물 메커니즘을 발견했다고 발표했습니다.

이 연구는 UBC 오카나간의 Thu-Thuy Dang 박사 팀과 플로리다 대학(미국)의 Satya Nadakuduti 박사 팀의 협업으로 이루어졌으며, 캐나다 자연과학 및 공학 연구 위원회(NSERC), 캐나다 혁신 재단(CFI), BC Michael Smith 건강 장학생 프로그램, 미국 농무부 산하 국립 식량 농업 연구소(USDA NIFA)의 지원을 받았습니다.

박사과정생 투안-안 응우옌(왼쪽)과 박사과정생 투-투이 당이 실험실에서 식물 샘플을 살펴보고 있다. 사진: UBC 오카나간

자연의 치유 성분 사슬에서 '누락된 고리'를 찾다

미트라필린은 스피루신돌 알칼로이드 그룹에 속하는데, 이는 특수한 "꼬인" 구조와 강력한 생물학적 효과를 가진 분자군입니다. 오랫동안 알려져 있었지만, 자연에서 이러한 유형의 화합물을 형성하는 과정은 UBC 오카나간 천연물 생명공학 연구 그룹 책임자인 투-투이 당 박사가 2023년 분자를 "꼬아" 스피로 구조를 형성할 수 있는 최초의 효소를 발견하기 전까지는 미스터리로 남아 있었습니다.

그 결과에 따라 박사과정 학생인 투안 안 응우옌은 다음 단계를 이끌고 미트라필린 합성에 함께 작용하는 두 가지 핵심 효소를 발견했습니다. 한 효소는 3차원 구조를 결정하고, 다른 효소는 최종 비틀림 단계를 완료하여 완전한 분자를 생성합니다.

"이 발견은 마치 조립 라인에서 잃어버린 고리를 찾는 것과 같습니다. 자연이 어떻게 이렇게 복잡한 분자를 생성하는지 설명하는 데 도움이 되고, 실험실에서 그 과정을 모방할 수 있는 길을 열어줍니다."라고 당 박사는 말했습니다.

미트라필린은 미트라기나(크라톰)와 운카리아(고양이 발톱) 등 커피과의 특정 열대 식물에 매우 소량으로 자연적으로 존재합니다. (출처: Shutterstock)

미트라필린은 미트라기나(크라톰)와 운카리아(고양이 발톱)와 같은 커피과에 속하는 특정 열대 식물에 미량으로만 존재하기 때문에 이전에는 추출이나 대규모 합성이 매우 어렵고 비용이 많이 들었습니다. 두 가지 핵심 효소의 발견으로 이 천연 화합물을 더욱 효율적이고 환경 친화적으로 생산할 수 있는 길이 열렸습니다.

박사과정생 투안-안 응우옌(Tuan-Anh Nguyen)에 따르면, 이는 중화학 의약 대신 생물학적 방법을 사용하여 가치 있는 약학 화합물을 개발하는 데 도움이 되는 친환경 화학을 향한 중요한 발걸음입니다. 이러한 성공은 UBC 오카나간의 학생과 교수진이 지구적 문제를 해결하기 위해 개방적이고 협력적인 연구 환경을 구축하고 있음을 보여주는 것이기도 합니다.

식물이 자연의 천재 화학자라는 증거인 이번 발견에 자부심을 표한 당 박사는 그녀와 그녀의 연구팀이 다음 단계로 이 효소를 적용하여 더욱 가치 있는 치료 화합물을 만드는 방법을 찾을 것이라고 말했습니다.

자연의 "생물학적 공장"을 해독하는 여정

투투이 당 박사 – 당티 투투이는 자연 과학 대학(베트남 국립 호치민시 자연과학대학)에서 생명공학을 전공한 전 학생입니다.

그녀는 석사 학위를 취득한 후 캘거리 대학(앨버타, 캐나다)에서 분자생물학/생화학으로 박사 학위를 취득했으며, 존 이네스 센터(영국)에서 생화학으로 박사후 연구 과정을 마쳤습니다.

연구 경력을 쌓을 수 있었던 기회를 떠올리며, 그녀는 어린 시절부터 약초를 민간요법으로 사용하는 문화에 익숙했고, 학생 시절에는 약용 식물 조직 배양 기술도 접했다고 말했습니다. 하지만 대학원 시절, 우연히 옆집에서 식물의 천연 화합물 생합성을 연구하는 연구실을 보게 되면서 전환점이 찾아왔습니다.

그때 그녀는 식물 생리학에 대한 기본 지식 외에도 식물이 어떻게 귀중한 화합물을 생성하는지 연구하는 새로운 분야가 있다는 것을 깨달았습니다.

그 후 그녀는 알칼로이드 생합성에 관여하는 새로운 유전자와 효소를 찾기 위한 연구를 하기로 결심했습니다. 알칼로이드는 강력한 생물학적 활성과 약학 분야에 응용 가능성이 있는 화합물 그룹입니다.

투이 박사는 수년간 분자생물학, RNA-seq 분석, 유전체 데이터, 효소 구조를 활용하여 식물의 알칼로이드 생합성 경로를 규명하는 데 집중해 왔습니다. 이를 통해 약용 식물이 어떻게 유용한 화합물을 생성하는지 이해하고 있습니다. 또한 식물에서 항암 화합물을 생산하는 것과 관련된 여러 특허의 공동 저자이기도 합니다.

"식물이 물, 빛, 공기만으로 암과 같은 복잡한 질병을 치료할 수 있는 화합물을 만들어낼 수 있는 이유가 궁금했어요." 그녀는 이렇게 말했습니다. "각 분자가 집이라면, 식물의 효소는 숙련된 건축가라고 할 수 있죠. 연구자의 임무는 이 '건축가'들이 어떤 역할을 하는지, 어떤 순서로 하는지 이해하여 자연이 만들어낸 과정을 모방하거나 개선하는 것입니다."

이러한 지식은 그녀와 그녀의 동료들이 실험실에서 천연 활성 성분을 만드는 과정을 재현하여 귀중한 약용 식물의 착취를 줄이고 독성 화학 물질의 사용을 제한하는 동시에 더 강력한 활성을 가진 유사한 화합물을 만드는 길을 여는 데 도움이 되는 기반이 됩니다.

그녀는 브리티시 컬럼비아 대학교(UBC) 오카나간 캠퍼스에서 생화학, 화학, 생물정보학, 분자유전학을 결합하여 허브에서 생리활성 화합물을 생성하는 메커니즘을 이해하는 식물 생리활성 화합물 연구소(PlantBioCoRe)를 설립했습니다.

그녀의 팀은 캄프토테카 아쿠미나타(Camptotheca acuminata)에서 추출한 항암 물질의 대사 경로에 대한 새로운 연구 결과를 포함하여 수많은 인상적인 성과를 달성했습니다. 이러한 발견은 임상 적용이 용이하고 국제 학술지에 게재되었으며 특허 등록까지 완료된 친환경 의약품 개발에 기여할 것입니다.

하노이 약학대학교, 자연과학대학교, VNU-HCM, 타이응우옌 과학연구소 등 국내 연구자들과 학술적 지식을 교환할 기회를 가지면서 그녀는 베트남에 약용 식물에 관한 귀중한 연구 프로젝트가 많이 있다는 것을 깨달았습니다.

그녀는 "저는 제 고향의 식물 자원에 대한 지식과 응용 분야를 풍부하게 하는 데 조금이나마 기여하고 싶습니다."라고 말했습니다.

출처: https://khoahocdoisong.vn/nha-khoa-hoc-goc-viet-giai-ma-bi-an-cach-cay-co-tao-hop-chat-chong-ung-thu-post2149060401.html