국내 연구진이 우리나라 자생 약용식물인 광대싸리에서 항암 성분으로 알려진 세큐리닌이 생성되는 전 과정을 처음으로 밝혀냈다. 1956년 물질이 발견된 이후 70년간 규명되지 않았던 생합성 경로가 드러난 것이다.

KAIST(총장 이광형)는 생명과학과 김상규 교수 연구팀과 화학과 한순규 교수 연구팀이 광대싸리에서 세큐리닌 계열 항암 물질이 만들어지는 핵심 생합성 과정을 규명했다고 30일 밝혔다.

광대싸리는 한반도 산과 들에 자생하는 관목으로, 동북아시아 지역에서 전통적으로 약재로 활용돼 왔다. 이 식물에는 세큐리닌을 포함한 다양한 알칼로이드 성분이 들어 있어 항암제와 신경계 치료제 후보 물질로 주목받아 왔다.

세큐리닌은 1956년 처음 분리된 이후 130종이 넘는 유도체가 보고됐지만, 식물 내부에서 어떤 효소와 중간 단계를 거쳐 생성되는지는 밝혀지지 않았다. 구조가 복잡한 알칼로이드 계열 천연물의 특성상 생합성 규명이 어려웠기 때문이다.

이번 연구의 핵심은 화학과 생명과학의 융합 접근이다. 김상규 교수 연구팀은 KAIST 생태림에서 확보한 광대싸리를 대상으로 유전체 분석과 단일세포 전사체 분석을 수행해 세큐리닌 생성에 관여하는 세포와 유전자를 정밀하게 추적했다. 특히 잎 조직에서 세큐리닌 생합성이 집중적으로 일어나는 세포군을 확인했다.

한순규 교수 연구팀은 세큐리닌 직전 단계 물질인 ‘비로신 B’를 규명하고, 이를 실험실에서 합성해 반응 과정을 분석했다. 그 결과 황산전이효소가 비로신 B의 구조를 재배열해 항암 성분 세큐리닌으로 전환시키는 핵심 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다.

이번 연구는 황산전이효소가 단순한 보조 효소가 아니라, 알칼로이드 골격 자체를 바꾸는 데 관여할 수 있음을 처음으로 입증했다는 점에서도 의미가 있다.

연구진은 이번 성과를 통해 미생물이나 세포를 활용한 합성생물학 기반 항암 물질 대량 생산과 신약 개발로의 확장이 가능할 것으로 보고 있다.

김상규 교수와 한순규 교수는 “국내 자생 식물에서 유래한 고부가가치 천연물의 생성 원리를 분자 수준에서 규명했다는 데 의의가 있다”며 “의약학적 응용과 산업적 활용 가능성을 크게 넓히는 성과”라고 밝혔다.

이번 연구에는 KAIST 정성준 박사후연구원, 강규민 박사후연구원, 김태인 석박통합과정생이 공동 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 1월 23일자에 게재됐다.