[바이오위클리] 식물을 의약품 생산 플랫폼으로…지플러스생명과학
2022년 11월 16일 오전 09:00
■ 이성규 / 과학뉴스팀 기자
■ 최성화 / 지플러스생명과학 대표이사
[앵커]
보통 항체와 같은 바이오 의약품은 동물 세포를 이용해 생산하는데요. 식물세포를 이용한다면 동물 세포보다 배양이 쉽고 더 저렴하게 생산할 수 있는 장점이 있습니다. 오늘 바이오 위클리에서는 백신이나 항체 치료제를 동물이 아닌 식물에서 생산할 수 있는 식물 시스템을 개발한 최성화 지플러스생명과학 대표이사, 이 회사를 취재한 이성규 기자 두 분과 자세한 내용 알아보겠습니다. 어서 오세요.
[이성규 기자, 최성화 지플러스 대표]
안녕하세요.
[앵커]
자, 먼저 대표님께 질문 드리겠습니다. 지플러스 생명과학, 어떤 일을 하는 회사인지 간략히 설명해주시죠?
[최성화 / 지플러스생명과학 대표이사]
지플러스는 자체 크리스퍼 유전자 가위를 개발하고, 이를 식물에 응용해 신품종과 식물기반 바이오 의약품을 개발하는 회사입니다. 회사 이름 지플러스는 GFLAS로 이는 라틴어 5개 단어의 앞글자를 한 글자씩 가져와 만든 조합입니다. "미래에는 식물의 잎이 병을 치료하는 약이 된다"는 의미입니다. 이 같은 모토로 크리스퍼 유전자 가위로 혁신적인 의약품과 품종을 만들어 나가고 있습니다.
[이성규 / 과학뉴스팀 기자]
식물에서 바이오 의약품을 생산한다 이런 개념인 거잖아요. 식물에서 이런 바이오 의약품 생산 약은 다소 낯설기도 한데, 식물 공장 플랫폼 시스템이 어떤 건지 설명해주시죠.
[최성화 / 지플러스생명과학 대표이사]
현재 국내외 단백질 기반 바이오의약품 생산업체는 중국 햄스터 난소 세포 기원인 CHO 세포를 활용하여 생산하고 있습니다. 동물 세포를 수십만 리터 씩 대량 배양해서 생산하다 보니 가끔 예기치 못한 오염이나 환경문제를 일으킬 수 있습니다. 식물을 이용해 바이오의약품을 생산할 경우 탄소 중립뿐 아니라 유독 폐기물 최소화 등 환경적인 이점이 있습니다. 또 동물 세포보다 더 저렴하게 대량의 단백질 의약품을 생산할 수 있습니다. 미국과 캐나다는 이미 식물기반 바이오의약품 기술의 상용화에 성공했습니다.
[앵커]
이성규 기자가 현장에서 바이오 의약품 생산 시스템을 취재하고 왔죠. 이 시스템이 어떻게 만들어진 것인지, 현장 인터뷰보고 질문 이어가겠습니다.
[이성규 / 과학뉴스팀 기자]
담뱃잎에 속하는 식물에서 백신이나 항체를 그대로 만들어 인간에게 적용할 경우 어떤 문제가 있는 건지요? 또 이런 문제를 어떻게 극복했는지요?
[유민경 / 수석과학자]
담배에서 그냥 단백질 항체 치료제를 뽑아서 인체에 적용할 때 식물은 굉장히 복잡한 당 구조를 단백질에 붙이는 경향이 있는데 복잡한 당 구조 중에서 인체에 불필요한 면역반응을 아주 강하게 일으키는 경우가 있어 당 구조를 좀 더 단순하게 하기 위한 목적이 있고요. 또 하나는 인체에 가장 가까운 당 구조를 만들기 위한 공학을 적용하고 있습니다.]
[이성규 / 과학뉴스팀 기자]
당 구조를 단순화하는 과정은 유전자 가위로 한 건가요?
[유민경 / 수석과학자]
단백질이 만들어진 다음에 당을 단백질로 전이시키는 효소들이 있습니다. 대표적인 효소들이 있는데 그중에서 저희가 인체에 적용하기에 적합한 당 구조를 갖도록 중요한 역할을 하는 전이 효소들을 저희가 유전자 교정을 해서 만들었습니다.
[유민경 / 수석과학자]
당 전이 효소를 저희가 없애서 저희가 중요한 당 구조만 남겨놓고 부수적으로 더 붙이는 당 전이 효소들을 소실시켰다고 볼 수 있습니다.
[앵커]
지금 영상을 보고 나니까, 유전자 교정 기술을 이용해서 이 시스템을 개발했다는 얘기가 나오는데요. 어떤 원리로 하신 건지 조금 더 구체적으로 설명해주시죠.
[최성화 / 지플러스생명과학 대표이사]
저희 당 전이 효소들이 결국 DNA 유전자입니다. 그 유전자를 없애는 것이 필요하기 때문에 저희가 유전자 가위를 잘 디자인해서 그러한 유전자들만 제거를 시켰다. 이렇게 볼 수가 있습니다. 그런 다음에 새로운 식물체를 만들었습니다. 그런 식물체를 이용해서 저희가 단백질을 만들게 되는 것입니다.
[이성규 / 과학뉴스팀 기자]
조금 더 구체적으로 해주시죠. 식물체와 니코티아나 벤타미아나 식물이잖아요. 몇 개의 유전자를 제거하고 어떤 효과들이 있는 건지.
[최성화 / 지플러스생명과학 대표이사]
단백질에다가 당을 붙이는 효소가 퓨코스당, 자일로스당, 갈락토스당이 있는데 각각이 유전자가 4개, 2개, 2개씩 있습니다. 이런 것들을 모두 한 번에 없애야 하기 때문에 저희가 4개, 2개, 2개에 해당하는 유전자를 모두 없애고 없앤 다음에 새로운 식물체를 만들었습니다. 그래서 우리가 쓰고 있는 식물체는 그런 당 전이 효소가 없는, 영구적으로 그 유전자가 소실된 그런 식물체가 되겠습니다.
[이성규 / 과학뉴스팀 기자]
유전자 가위 기술을 이용해서 바이오 약품을 생산할 수 있도록 식물을 교정을 했다 그런 플랫폼을 만들었다는 설명을 들었는데 식물 시스템 플랫폼을 이용해서 코로나 19 백신 후보 물질도 만들었잖아요. 효능이랄까 이 플랫폼 기술의 성능은 어느 정도로 나온 건지요?
[최성화 / 지플러스생명과학 대표이사]
현재 시판 중인 코로나 19 백신 물질은 물성에 따라 크게 두 가지로 나뉩니다. 하나는 mRNA 백신이고, 다른 하나는 재조합 단백질 기반, 즉 합성 항원 백신입니다. 저희는 코로나바이러스 스파이크 단백질의 일부를 당 사슬 공학 식물체에서 발현시켜 정제한 것으로 합성 항원 방식입니다. Focus reduction neutralization tests(FRNT50) 시험을 해봤는데요. 그 실험을 해봤을 때, 중화항체 역가는 6,400 정도 나왔습니다. 이런 비슷한 실험을 다른 나라에서 했었을 때 곤충 세포로 만든 단백질을 가지고 했는데 그 결과를 비교해보면은 2배 이상 식물에서 만든 것이 중화항체 효과가 좋게 나왔습니다.
[앵커]
식물 시스템 플랫폼. 이게 플랫폼 기술이다 보니 다른 백신 개발에도 활용될 것 같은데요, 현재 진행되고 있는 백신이 있을까요?
[최성화 / 지플러스생명과학 대표이사]
식물기반 바이오 의약품 생산은 일단 기술이 준비되면 다양한 단백질의 생산이 가능합니다. 다양한 단백질은 결국 다양한 백신이 될 수 있습니다. 저희는 코로나 19 백신 후보 물질뿐 아니라 SFTS라고 하는 상당히 위험한 국가적으로 중요한 인수공통 감염병에 대한 백신 후보 물질을 대량 생산하는 기술을 지금 현재 의대팀들하고 개발하고 있습니다.
[이성규 / 과학뉴스팀 기자]
방금 이제 백신 쪽에 어떻게 활용되고 있는지 설명해주셨는데, 이제 바이오 의약품 하면 항체나 이런 것도 있잖아요. 의약품 쪽에서 어떻게 진행되고 있나요?
[최성화 / 지플러스생명과학 대표이사]
저희가 지금 트라스투주맙이라는 항체 의학품을 개발하고 있습니다. 지금 이 약품은 바이오 시밀러로 우리나라 주 바이오 회사에서 만들고 있는데 유방암 환자 중 약 25% 정도는 암세포 표면에 Her2 라는 세포분열 촉진 신호전달 수용체를 과다발현하고 있습니다. 이 수용체를 표적으로 만들어진 항체 치료제가 원래 미국 제넨텍이라는 회사에서 만든트라스투주맙입니다. 이 항체 치료제의 특허가 만료되어 국내 기업체들이 바이오시밀러를 생산해 시장 진출에 나섰습니다. 트라스투주맙은 매우 좋은 항암제임에도 불구하고 많은 유방암 환자에서 약효가 나타나지 않는 문제점이 보고되고 있습니다. 저희가 식물에서 생산하는 당 사슬 공학 적용 트라스투주맙은 항체의 당 패턴에서 일부를 제거했습니다. 동물실험 결과 오리지널 의약품보다 두 배 이상 효과가 있는 것으로 나타났습니다. 현재 전임상 실험 중이며 조만간 임상시험에 진출하여 상용화를 서두를 예정입니다.
[이성규 / 과학뉴스팀 기자]
식물 시스템을 이용해서 백신이나 항체 치료제 같은 의학품 얘길 들었는데 사실 이게 식물이다 보니까비타민D3랄까, 몸에 좋은 성분을 많이 함유한 그런 식물도 유전자를 이용하면 만들 수 있잖아요. 이 분야에선 어떤 게 진행되고 있나요?
[최성화 / 지플러스생명과학 대표이사]
식물은 우리 사람의 비타민 근원입니다. 유독 비타민D3는 공급하지 못합니다. 저희가 비타민D3를 만들게 하기 위해서 유전자 가위를 적용을 했습니다. 유전자 가위로 토마토와 상추에서 유전자를 편집해 비타민D3를 생산하도록 디자인했습니다. 비타민D3는 콜레스테롤 합성경로에서 콜레스테롤의 전구체가 UV에 의해 사람 피부에서 자연적으로 생산됩니다. 식물은 천연 선스크린이 잎을 감싸고 있어 사람처럼 반응이 진행되지 않습니다. 저희는 유전자 가위를 이용해 콜레스테롤을 만드는 데 관여하는 효소 유전자를 제거했습니다. 그렇게 되면 콜레스테롤이 바로 전구체 상태에서 멈춰지기 때문에 비타민D3를 만들게 됩니다. 이런 토마토를 사람들이 섭취를 하게 되면은 하루 필요량을 충분히 식품으로 공급을 받을 수 있을 것으로 보입니다.
저희가 해보니까 토마토 한 알당 우리가 필요한 충분한 50 마이크로 이상의 비타민D3를 함유하는 것으로 저희가 알게 되었습니다.
[앵커]
식물세포 플랫폼이 지금은 낯설지만 먼 미래에는 낯설지 않은 플랫폼이 될 것 같다는 기분이 듭니다. 오늘 말씀은 여기까지 듣겠습니다. 지플러스생명과학 최성화 대표이사, 그리고 이성규 기자와 함께했습니다. 고맙습니다.
YTN 사이언스 이성규 (sklee95@ytn.co.kr)
■ 최성화 / 지플러스생명과학 대표이사
[앵커]
보통 항체와 같은 바이오 의약품은 동물 세포를 이용해 생산하는데요. 식물세포를 이용한다면 동물 세포보다 배양이 쉽고 더 저렴하게 생산할 수 있는 장점이 있습니다. 오늘 바이오 위클리에서는 백신이나 항체 치료제를 동물이 아닌 식물에서 생산할 수 있는 식물 시스템을 개발한 최성화 지플러스생명과학 대표이사, 이 회사를 취재한 이성규 기자 두 분과 자세한 내용 알아보겠습니다. 어서 오세요.
[이성규 기자, 최성화 지플러스 대표]
안녕하세요.
[앵커]
자, 먼저 대표님께 질문 드리겠습니다. 지플러스 생명과학, 어떤 일을 하는 회사인지 간략히 설명해주시죠?
[최성화 / 지플러스생명과학 대표이사]
지플러스는 자체 크리스퍼 유전자 가위를 개발하고, 이를 식물에 응용해 신품종과 식물기반 바이오 의약품을 개발하는 회사입니다. 회사 이름 지플러스는 GFLAS로 이는 라틴어 5개 단어의 앞글자를 한 글자씩 가져와 만든 조합입니다. "미래에는 식물의 잎이 병을 치료하는 약이 된다"는 의미입니다. 이 같은 모토로 크리스퍼 유전자 가위로 혁신적인 의약품과 품종을 만들어 나가고 있습니다.
[이성규 / 과학뉴스팀 기자]
식물에서 바이오 의약품을 생산한다 이런 개념인 거잖아요. 식물에서 이런 바이오 의약품 생산 약은 다소 낯설기도 한데, 식물 공장 플랫폼 시스템이 어떤 건지 설명해주시죠.
[최성화 / 지플러스생명과학 대표이사]
현재 국내외 단백질 기반 바이오의약품 생산업체는 중국 햄스터 난소 세포 기원인 CHO 세포를 활용하여 생산하고 있습니다. 동물 세포를 수십만 리터 씩 대량 배양해서 생산하다 보니 가끔 예기치 못한 오염이나 환경문제를 일으킬 수 있습니다. 식물을 이용해 바이오의약품을 생산할 경우 탄소 중립뿐 아니라 유독 폐기물 최소화 등 환경적인 이점이 있습니다. 또 동물 세포보다 더 저렴하게 대량의 단백질 의약품을 생산할 수 있습니다. 미국과 캐나다는 이미 식물기반 바이오의약품 기술의 상용화에 성공했습니다.
[앵커]
이성규 기자가 현장에서 바이오 의약품 생산 시스템을 취재하고 왔죠. 이 시스템이 어떻게 만들어진 것인지, 현장 인터뷰보고 질문 이어가겠습니다.
[이성규 / 과학뉴스팀 기자]
담뱃잎에 속하는 식물에서 백신이나 항체를 그대로 만들어 인간에게 적용할 경우 어떤 문제가 있는 건지요? 또 이런 문제를 어떻게 극복했는지요?
[유민경 / 수석과학자]
담배에서 그냥 단백질 항체 치료제를 뽑아서 인체에 적용할 때 식물은 굉장히 복잡한 당 구조를 단백질에 붙이는 경향이 있는데 복잡한 당 구조 중에서 인체에 불필요한 면역반응을 아주 강하게 일으키는 경우가 있어 당 구조를 좀 더 단순하게 하기 위한 목적이 있고요. 또 하나는 인체에 가장 가까운 당 구조를 만들기 위한 공학을 적용하고 있습니다.]
[이성규 / 과학뉴스팀 기자]
당 구조를 단순화하는 과정은 유전자 가위로 한 건가요?
[유민경 / 수석과학자]
단백질이 만들어진 다음에 당을 단백질로 전이시키는 효소들이 있습니다. 대표적인 효소들이 있는데 그중에서 저희가 인체에 적용하기에 적합한 당 구조를 갖도록 중요한 역할을 하는 전이 효소들을 저희가 유전자 교정을 해서 만들었습니다.
[유민경 / 수석과학자]
당 전이 효소를 저희가 없애서 저희가 중요한 당 구조만 남겨놓고 부수적으로 더 붙이는 당 전이 효소들을 소실시켰다고 볼 수 있습니다.
[앵커]
지금 영상을 보고 나니까, 유전자 교정 기술을 이용해서 이 시스템을 개발했다는 얘기가 나오는데요. 어떤 원리로 하신 건지 조금 더 구체적으로 설명해주시죠.
[최성화 / 지플러스생명과학 대표이사]
저희 당 전이 효소들이 결국 DNA 유전자입니다. 그 유전자를 없애는 것이 필요하기 때문에 저희가 유전자 가위를 잘 디자인해서 그러한 유전자들만 제거를 시켰다. 이렇게 볼 수가 있습니다. 그런 다음에 새로운 식물체를 만들었습니다. 그런 식물체를 이용해서 저희가 단백질을 만들게 되는 것입니다.
[이성규 / 과학뉴스팀 기자]
조금 더 구체적으로 해주시죠. 식물체와 니코티아나 벤타미아나 식물이잖아요. 몇 개의 유전자를 제거하고 어떤 효과들이 있는 건지.
[최성화 / 지플러스생명과학 대표이사]
단백질에다가 당을 붙이는 효소가 퓨코스당, 자일로스당, 갈락토스당이 있는데 각각이 유전자가 4개, 2개, 2개씩 있습니다. 이런 것들을 모두 한 번에 없애야 하기 때문에 저희가 4개, 2개, 2개에 해당하는 유전자를 모두 없애고 없앤 다음에 새로운 식물체를 만들었습니다. 그래서 우리가 쓰고 있는 식물체는 그런 당 전이 효소가 없는, 영구적으로 그 유전자가 소실된 그런 식물체가 되겠습니다.
[이성규 / 과학뉴스팀 기자]
유전자 가위 기술을 이용해서 바이오 약품을 생산할 수 있도록 식물을 교정을 했다 그런 플랫폼을 만들었다는 설명을 들었는데 식물 시스템 플랫폼을 이용해서 코로나 19 백신 후보 물질도 만들었잖아요. 효능이랄까 이 플랫폼 기술의 성능은 어느 정도로 나온 건지요?
[최성화 / 지플러스생명과학 대표이사]
현재 시판 중인 코로나 19 백신 물질은 물성에 따라 크게 두 가지로 나뉩니다. 하나는 mRNA 백신이고, 다른 하나는 재조합 단백질 기반, 즉 합성 항원 백신입니다. 저희는 코로나바이러스 스파이크 단백질의 일부를 당 사슬 공학 식물체에서 발현시켜 정제한 것으로 합성 항원 방식입니다. Focus reduction neutralization tests(FRNT50) 시험을 해봤는데요. 그 실험을 해봤을 때, 중화항체 역가는 6,400 정도 나왔습니다. 이런 비슷한 실험을 다른 나라에서 했었을 때 곤충 세포로 만든 단백질을 가지고 했는데 그 결과를 비교해보면은 2배 이상 식물에서 만든 것이 중화항체 효과가 좋게 나왔습니다.
[앵커]
식물 시스템 플랫폼. 이게 플랫폼 기술이다 보니 다른 백신 개발에도 활용될 것 같은데요, 현재 진행되고 있는 백신이 있을까요?
[최성화 / 지플러스생명과학 대표이사]
식물기반 바이오 의약품 생산은 일단 기술이 준비되면 다양한 단백질의 생산이 가능합니다. 다양한 단백질은 결국 다양한 백신이 될 수 있습니다. 저희는 코로나 19 백신 후보 물질뿐 아니라 SFTS라고 하는 상당히 위험한 국가적으로 중요한 인수공통 감염병에 대한 백신 후보 물질을 대량 생산하는 기술을 지금 현재 의대팀들하고 개발하고 있습니다.
[이성규 / 과학뉴스팀 기자]
방금 이제 백신 쪽에 어떻게 활용되고 있는지 설명해주셨는데, 이제 바이오 의약품 하면 항체나 이런 것도 있잖아요. 의약품 쪽에서 어떻게 진행되고 있나요?
[최성화 / 지플러스생명과학 대표이사]
저희가 지금 트라스투주맙이라는 항체 의학품을 개발하고 있습니다. 지금 이 약품은 바이오 시밀러로 우리나라 주 바이오 회사에서 만들고 있는데 유방암 환자 중 약 25% 정도는 암세포 표면에 Her2 라는 세포분열 촉진 신호전달 수용체를 과다발현하고 있습니다. 이 수용체를 표적으로 만들어진 항체 치료제가 원래 미국 제넨텍이라는 회사에서 만든트라스투주맙입니다. 이 항체 치료제의 특허가 만료되어 국내 기업체들이 바이오시밀러를 생산해 시장 진출에 나섰습니다. 트라스투주맙은 매우 좋은 항암제임에도 불구하고 많은 유방암 환자에서 약효가 나타나지 않는 문제점이 보고되고 있습니다. 저희가 식물에서 생산하는 당 사슬 공학 적용 트라스투주맙은 항체의 당 패턴에서 일부를 제거했습니다. 동물실험 결과 오리지널 의약품보다 두 배 이상 효과가 있는 것으로 나타났습니다. 현재 전임상 실험 중이며 조만간 임상시험에 진출하여 상용화를 서두를 예정입니다.
[이성규 / 과학뉴스팀 기자]
식물 시스템을 이용해서 백신이나 항체 치료제 같은 의학품 얘길 들었는데 사실 이게 식물이다 보니까비타민D3랄까, 몸에 좋은 성분을 많이 함유한 그런 식물도 유전자를 이용하면 만들 수 있잖아요. 이 분야에선 어떤 게 진행되고 있나요?
[최성화 / 지플러스생명과학 대표이사]
식물은 우리 사람의 비타민 근원입니다. 유독 비타민D3는 공급하지 못합니다. 저희가 비타민D3를 만들게 하기 위해서 유전자 가위를 적용을 했습니다. 유전자 가위로 토마토와 상추에서 유전자를 편집해 비타민D3를 생산하도록 디자인했습니다. 비타민D3는 콜레스테롤 합성경로에서 콜레스테롤의 전구체가 UV에 의해 사람 피부에서 자연적으로 생산됩니다. 식물은 천연 선스크린이 잎을 감싸고 있어 사람처럼 반응이 진행되지 않습니다. 저희는 유전자 가위를 이용해 콜레스테롤을 만드는 데 관여하는 효소 유전자를 제거했습니다. 그렇게 되면 콜레스테롤이 바로 전구체 상태에서 멈춰지기 때문에 비타민D3를 만들게 됩니다. 이런 토마토를 사람들이 섭취를 하게 되면은 하루 필요량을 충분히 식품으로 공급을 받을 수 있을 것으로 보입니다.
저희가 해보니까 토마토 한 알당 우리가 필요한 충분한 50 마이크로 이상의 비타민D3를 함유하는 것으로 저희가 알게 되었습니다.
[앵커]
식물세포 플랫폼이 지금은 낯설지만 먼 미래에는 낯설지 않은 플랫폼이 될 것 같다는 기분이 듭니다. 오늘 말씀은 여기까지 듣겠습니다. 지플러스생명과학 최성화 대표이사, 그리고 이성규 기자와 함께했습니다. 고맙습니다.
YTN 사이언스 이성규 (sklee95@ytn.co.kr)
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