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식물 세포와 조직의 배양을 이용한 외부 단백질의 생산: 장점과 한계

전문가 제언: ○ 외부 단백질은 E. coli와 같은 박테리아를 이용하여 많은 양을 얻을 수 있다. 그러나 활성을 갖는 단백질을 얻으려면 단백질 합성 후 글리코실화나 이황화 결합과 같은 변형 과정을 거쳐야 한다. 박테리아는 변형에 필요한 효소계를 갖지 않기 때문에 변형을 수행할 수 없다.

○ 그러므로 항체나 백신과 같은 단백질은 진핵생물이나 진핵세포배양을 통해서 얻는다. 오래전부터 진핵생물로 온전한 식물과 식물조직배양이 외부 단백질의 생산에 이용되어 왔다. 그러나 두 방법은 모두 장점과 단점을 갖는다. 온전한 식물의 경우, 밭에서 재배하기 때문에 생물물질의 생산비가 낮고 안정성이 높으며 번역 후 변형이나 다량체 단백질의 조립과 같은 과외의 조작이 필요하지 않다. 그러나 많은 다른 생물물질이 섞여 있어서 필요한 단백질을 분리 정제하는 데 세포배양보다 비용이 더 많이 드는 단점이 있다.

○ 식물조직배양의 경우, 배양조건을 쉽게 조절할 수 있으며 따라서 단백질 수준과 품질을 식물재배에서보다 더 잘 개선할 수 있다. 또한 생산비 면에서도 배양에 드는 재료비는 식물재배보다 높지만 생산 후 단백질 정제에 드는 비용을 감안한 전체 비용은 식물재배보다 훨씬 낮다.

○ Agrobacterium tumefaciens의 Ti 플라스미드에 외부 유전자를 도입하여 식물에 감염시키면 이 플라스미드는 숙주 게놈에 통합되어 재조합에 의한 형질전환이 식물에서 일어난다. 그리고 단백질 합성 수율은 외부 유전자를 도입한 엽록체를 사용하여 높일 수 있다. 다른 방법은 단백질 합성 후 분비된 단백질 가수분해효소에 의한 분해를 방지하는 것이다. 또한 상당히 많은 단백질이 용기 표면에 흡착되므로 용기표면을 약품처리하면 손실을 많이 줄일 수 있다.

○ 근래에는 식물 RNA 바이러스를 이용한 단백질 생산량 증가에 관한 연구가 많이 진행되고 있다. 이 방법은 한 세대의 기간이 짧고 잠재 독성을 줄이는 등의 장점이 있다. 앞으로 벡터의 개발과 개선 및 단백질 축적의 증가를 위해 더 많은 연구와 발전이 이뤄져야 할 것이다.

저자: Sharon M-H Shin
자료유형: 학술정보