생명공학 발달로 단백질 제품 봇물
의약품도 응용… 미래 먹거리로 각광

요즘 언론에 많이 등장하는 단어 중에는 효소, 호르몬, 항체가 있다. 이들의 공통점은 무엇일까. 그것은 대부분 단백질로 돼 있다는 것이다. 단백질 하면 우리가 섭취해야 하는 영양소라고만 생각하기 쉬운데 단백질은 우리 몸의 근육, 모발 등의 구성물질이며, 효소, 호르몬, 항체와 같이 우리 몸에서 중요한 기능을 담당하고 있는 물질이다.

효소는 우리 몸에서 일어나는 대사작용을 매개하는 단백질로서 우리 몸에서도 효소가 약 1000개의 생화학 반응을 주도하고 있는 것이다. 우리는 이러한 효소를 치료용, 산업용 등으로 사용하고 있다. 호르몬은 우리 몸에서 정보와 신호를 전달하는 단백질로 인슐린, 인간성장호르몬 등이 있으며, 필요한 경우 치료용으로 생산해 사용하고 있다. 항체는 우리 몸에 들어오는 항원에 해당하는 이물질을 인식해 분해시키도록 하는 단백질로서 우리 몸을 방어하는 수단의 하나이므로 이제 항체를 치료용으로 생산해 사용하기 시작했다. 

유영제 서울대 교수·화학생물공학

생명공학의 발달로 이러한 단백질을 값싸게 만들어 활용하고 있는데, 그중 하나가 단백질치료제이다. 예컨대 인슐린은 오래전에는 돼지의 췌장에서 돼지인슐린을 분리한 다음 인간치료용으로 변환해 사용했으므로 값도 비싸고 얻을 수 있는 양도 제한적이었다. 그러나 이제는 대장균에 인슐린생산 유전자를 넣어 대량으로 배양함으로써 많은 양의 인슐린을 값싸게 생산하게 됐다. 선진국의 다국적 제약회사에서는 이러한 생명공학기술을 이용해 오래전부터 인슐린, 인터페론, 인간성장호르몬과 같은 단백질 치료제를 개발해 판매했으며, 그 권리는 특허로 보호받았다.

최근 그러한 단백질치료제 및 세포치료제를 포함하는 바이오의약품의 특허가 일부 만료되기 시작해 누구든지 생산기술을 갖고 있으면 생산해 판매할 수 있게 됐다. 단백질 등의 바이오의약품은 살아 있는 세포를 이용해 생산하는데, 그 구조가 매우 복잡해 기존에 판매되던 것과 정확히 동일한 것을 만들 수 없어 기존의 바이오의약품과 유사하다는 의미로 바이오의약품 복제약을 바이오시밀러(Biosimilar)라고 한다. 유사하기에 별도의 임상시험이 요구된다. 우리나라는 오래전부터 축적한 생산기술을 바탕으로 바이오시밀러 사업에 진출하고 있다. 우리나라의 대기업도 이 분야 사업에 열심이다. 또 미국에서도 바이오시밀러에 대한 허가를 내주기 시작해 사업 전망은 더 밝아졌다. 바이오시밀러와 함께 우리가 개발한 신약은 향후 우리의 새로운 먹거리로 성장할 것으로 기대되고 있다.

바이오시밀러 등의 단백질 제품을 효율적으로 개발하기 위해서는 단백질의 작용 메커니즘을 잘 이해해야 한다. 효소, 호르몬, 항체는 어떻게 작용할까. 소화제와 세제 등에 사용되는 단백질분해효소를 생각해 보자. 효소도 단백질인데 신기하게도 단백질이 단백질을 분해한다. 그것은 단백질분해효소가 다른 단백질의 특정 구조와 만나면 특정 부위를 절단하고 그러면서 그 단백질은 분해되는 것이다. 효소는 열쇠처럼 특정한 구조의 화학분자하고만 반응하는 특성이 있다. 그러나 우리가 단백질의 작용에 대해 이해하는 수준은 매우 초보적이다. 마치 코끼리 다리나 꼬리를 만지는 것과 같이 부분적으로만 이해하고 있다.

자연을 이해하는 것은 그 자체로도 매우 흥미롭다. 단백질 작용 메커니즘을 이해하면 우리 몸에서 일어나는 많은 현상을 설명할 수 있다. 또 산업에도 응용할 수 있는데 슈퍼 단백질을 설계할 수 있는 것이다. 성능이 향상된 단백질, 고온 또는 저온에서도 작용하는 단백질, 새로운 화학분자와도 작용하는 단백질 등을 만들 수 있다. 이렇게 단백질을 개량하거나 약물전달 방식을 바꿔 기존 바이오시밀러보다 약효가 더 좋은 것을 만들고 있는데, 이것을 바이오베터(Biobetter)라고 한다. 그러므로 단백질 바이오시밀러, 바이오베터를 만들기 위해서는 단백질을 잘 이해해야 한다. 그것은 우리 바이오산업의 경쟁력을 제고시키는 첫걸음이다.

유영제 서울대 교수·화학생물공학