국립축산과학원 동물바이오공학과 분자제어연구실 연구원들.

동물 유전자발굴, 유전자발현 시스템개발, 기초연구확대 주력
유용한 생물 신소재 개발 통한 미래 동물생명공학 신산업개척

◇ 동물생명공학기술의 미래전망

생명공학기술의 발전은 공상과학을 현실로 만들었다. 모든 포유동물은 반드시 암컷의 난자와 수컷의 정자가 만나야 새로운 생명체를 만들어낸다는 정설은 1996년 무너졌다. 영국에서 세계 최초로 난자와 체세포만을 이용해 복제 양 ‘돌리’를 생산하는 데 성공한 것이다. 멸종 공룡의 유전자를 이용해 공룡을 복원한다는 공상과학영화 ‘쥬라기공원’이 현실로 되는 데도 불과 10년이 채 걸리지 않았다.

통계청 보고서에 의하면 우리나라 국민의 평균수명은 1970년부터 2010년까지 40년 동안 약 20세가 늘어난 것으로 나타났다. 인간이 꾸준한 운동과 자기 관리만 잘한다면 최대 120살 이상까지 건강한 삶을 유지할 수 있을 것이란 과학적 의견도 있다. 무병장수에 대한 인간의 욕망은 치료용 단백질 의약품, 바이오 이종장기 등 건강과 관련된 연구분야에 대한 관심을 증가시키고 있다. 이런 국민적 관심을 반영해 정부는 바이오파마 2020, 바이오헬스 미래신산업 육성전략 등 다양한 바이오 의약품 육성정책을 수립했다. 바이오산업은 국내뿐 아니라 전 세계가 관련연구와 기술개발을 위한 투자를 집중하는 분야다.

◇ 형질전환 동물의 기능과 가치증명

국립축산과학원은 과학발전의 흐름을 읽어내고 동물생명공학 연구에 선제적으로 대응하기 위해 2002년 응용생명공학과를 신설했다. 이후 현재의 ‘동물바이오공학과’로 연구기능을 확대·발전시켰다. 동물바이오공학과 분자제어연구실은 연구직, 기술직, 전문연구원 등 총 20여 명의 직원이 함께 일하고 있다. 주요 연구분야는 바이오 이종장기 형질전환 돼지, 질환 모델동물, 그리고 형질전환 닭 개발에 필요한 유전자 발굴, 유전자발현 제어시스템 개발업무다. 또한 그간 개발한 형질전환 동물의 기능검증을 통해 개발동물의 가치를 증명하는 업무도 수행하고 있다. 분자제어연구실의 업무는 동물바이오공학과에서 수행되고 있는 모든 연구의 시작과 끝이라고 해도 과언이 아니다. 그래서 외부로 잘 드러나지 않지만 각 부서에서 도출된 모든 성과물에 직간접적으로 깊게 관여하고 있다.

혈우병치료제 개발에 성공한 형질전환 돼지

◇ 동식물로부터 유용 소재물질 발굴

동물바이오공학과에서는 바이오 이종장기 연구용 형질전환 돼지를 개발, 가축의 젖이나 계란에서 치료용 단백질을 분비하는 가축개발연구를 꾸준히 추진해왔다. 그 결과 빈혈치료제(EPO), 혈전치료제(tPA), 혈우병치료제(FactorVIII-vWF) 등을 생산할 수 있는 형질전환 돼지, 계란에 사람의 항산화 효소(hSOD3) 단백질을 분비하는 형질전환 닭, 바이오 이종장기 연구용 형질전환 돼지를 개발하는 등 국내 형질전환가축 개발연구를 선도해 왔다. 이러한 모든 성과물의 저변에는 분자제어연구실의 수준 높은 유전자제어기술 역량이 녹아 있다. 최근에는 유전체 프로젝트(Genome Project)가 끝난 동식물로부터 유용 유전자를 선발, 기능검증을 통해 새로운 유용한 생물신소재를 개발하는 연구를 수행하고 있다. 지난해에는 자가면역질환 생쥐에서 모든 종류의 핵산을 인지해 분해하는 능력을 갖춘 미니항체(3D8 scFv) 단백질을 발굴하고, 미니항체(3D8 scFv) 단백질을 발현하는 형질전환 닭을 개발했다. 그리고 이 닭의 코에 저병원성 조류인플루엔자 바이러스를 감염시키고, 닭의 입과 항문으로 분비되는 바이러스 배출량을 분석한 결과, 형질전환 닭의 바이러스 배출량이 대조집단 닭보다 배출량이 약 30% 줄어든 것을 확인했다. 미니항체(3D8 scFv) 단백질을 발현하는 형질전환 닭 개발과 이들 형질전환 닭에서 바이러스 저항성을 검증한 연구결과는 세계에서 처음이다. 미니항체의 항바이러스 기작은 기존 항바이러스 제재(타미플루, 바이러스 탈출 방해)의 작용 기작과는 전혀 다른 형태이다. 세포 내 존재하는 바이러스 핵산분해를 통해 바이러스증식 방해효과를 확인한 것으로, 항바이러스 소재물질을 개발했다는 점에서 의미가 있다. 연구 결과는 ‘네이처(Nature)’자매지인 국제학술지 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’2017년 7월호에 게재됐다. 앞으로 분자제어연구실은 기존 새로운 유전자발굴 및 유전자발현 제어시스템 개발업무 등 동물생명공학 연구뿐만 아니라 미니항체(3D8 scFv) 단백질활용 검증연구를 포함한 새로운 항바이러스 소재물질 발굴, 기능검증연구를 지속적으로 추진할 계획이다.

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