술과 빵 대신 대마초 성분을 빚어내는 효모

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효모(Saccharomyces cerevisiae)에서 대마초제제(cannabinoid)를 만들기 위해, UC 버클리의 합성생물학자들은 효모의 오리지널 메발론산염 경로(mevalonate pathway)를 조작하여 게라닐피로인산염(GPP: geranyl pyrophosphate)의 대량 유입을 최초로 제공하고, 다섯 가지 상이한 세균의 유전자를 결합하여 헥사노일-CoA(hexanoyl-CoA) 생합성경로를 도입했다. 그런 다음, 올리베톨산(OA: olivetolic acid)의 생합성에 관여하는 효소, 종전에 발견되지 않은 프레닐 전달효소(CsPT4: prenyl transferase), 대마초제제 합성효소(cannabinoid synthase)를 코딩하는 대마초의 유전자를 도입했다. 이러한 합성효소들은 CBGA(cannabigerolic acid)를 대마초제제산(酸)인 THCA와 CBDA로 전환했고, 이 불활성체들을 열(熱)에 노출시켜 탈카르복실화하자 각각 THC(tetrahydrocannabinol)와 CBD(cannabidiol)로 전환되었다. ※ Credit: Jay Keasling lab,

UC Berkeley / ＠ Nature

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인간이 수천 년 동안 알코올음료를 빚어내기 위해 사용해 온 효모가, 이제는 대마초제제(cannabinoid)를 만들도록 변형되었다. 대마초제제란 대마초에서 발견되는 화학물질을 총칭하며, 약효가 있으며 간혹 정신에 변화를 주기도 한다.

《Nature》 2월 27일 호(號)에 기술된 이번 성과의 내용은(참고 1), 빵효모(Saccharomyces cerevisiae)를 이용하여 당(糖)의 일종인 갈락토스(galactose)를 대마초(Cannabis sativa)의 주요 정신작용 화합물(psychoactive compound)인 테트라하이드로카나비놀(THC: tetrahydrocannabinol)로 전환한 것이다. 변형된 효모는 또 다른 대마초제제인 카나비디올(CBD: cannabidiol)도 만들 수 있는데, 이것은 항우울 및 통증완화 효과(참고 2) 때문에 최근 관심을 끌고 있다.

이러한 발효공정은 자연계에서 미량으로 발견되는 THC, CBD 등의 희귀 대마초제제를 전통적인 식물재배보다 저렴하고 효율적이고 확실하게 만들어낼 것으로 기대된다.

선행연구에서도 효모를 이용하여 대마초제제 생산라인의 일부를 구축한 적이 있지만(참고 3, 참고 4), 전(全)공정을 구축한 적은 없었다. "이번 연구는 모든 공정을 망라했으며, 그것이 하나의 세포 안에서 실제로 작동한다는 사실을 증명했다. 멋지다"라고 캐나다 몬트리올에 있는 히야신스 바이오(Hyasynth Bio)의 CEO인 케빈 첸은 말했다. 히야신스 바이오는 변형된 효모·세균·조류(藻類)를 이용하여 대마초제제를 만들려고 노력하고 있는 10여 개 업체 중 하나다.

연구자들은 종전에 비슷한 효모배양 방법을 이용하여 실험용 아편제제(opiate; 참고 5)는 물론 상업용 항말라리아제(참고 6)를 생산한 적이 있었다. 그러나 시장(市場)에 근접한 대마초제제 생산기술은 어느 곳에도 없다. "합성 대마초제제가 제약사나 일반인에게 판매될 수 있을 정도의 가성비(cost-effectiveness)를 확보하려면 18-24개월이 소요될 것이다"라고 캐나다 토론토 소재 알타코프 캐피탈(AltaCorp Capital)의 대마초 분석가 데이비드 키데켈은 말했다.

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