검은 열매 모양이 까마귀 눈을 닮았다고 해서 '까마중'으로 불리는 잡초가 현대 의학의 필수품인 호르몬제 원료를 생산하는 '보물 창고'로 탈바꿈했다.

한국과학기술원(KAIST)은 생명과학과 김상규 교수 연구팀이 경상국립대 박순주 교수 연구팀과 공동으로 까마중의 유전자를 조절, 코르티코스테로이드(소염·면역 조절 치료제)와 성호르몬(피임약·호르몬 치료제) 등의 필수 원료인 '디오스게닌'을 고효율로 생산하는 데 성공했다고 22일 밝혔다.

디오스게닌은 현대 약학에서 핵심적인 출발 물질로, 소염제와 가려움증 치료제 등 일상에서 널리 사용되는 스테로이드 호르몬제의 합성 원료로 활용된다.

현재는 주로 '마'의 뿌리에서 추출하지만, 마는 수확까지 수년이 소요되고 유전자 조작이 어려워 생산량 확대에 한계가 있었다.

한 세대가 약 3개월로 짧고 유전자 조절이 쉬운 '까마중'(Solanum nigrum)은 원래 독성 스테로이드 성분인 '솔라소딘'을 생성하는데, 연구진은 이 물질이 디오스게닌과 구조적으로 매우 유사하다는 점에 착안했다.

연구팀은 유전자 가위(CRISPR-Cas9) 기술을 활용해 까마중의 특정 유전자인 '게임4'(SnGAME4)를 교정, 독성 성분으로 이어지는 대사 경로를 차단하는 대신 디오스게닌이 생성되도록 대사 흐름을 전환했다.

잎 조직에서 반응을 조절하는 '게임25'(SnGAME25) 유전자를 추가로 억제해 열매와 잎 모두에서 디오스게닌 축적량을 극대화했다.

까마중이 자체적으로 보유한 효소인 베타 글루코시다아제(SaF26G)를 활용해 성분 추출이 쉬운 형태로 전환하는 '자연 발효' 공정을 접목, 까마중의 녹색 열매에서 기존 산업용 원료 식물인 마와 유사한 수준의 디오스게닌을 확보하는 데 성공했다.

김상규 교수는 "이번 연구는 잡초가 지닌 고유한 대사 경로를 정교하게 재설계해 고부가가치 약용 성분을 생산할 수 있음을 보여준 사례"라며 "향후 스테로이드 의약품 원료를 보다 안정적이고 환경친화적인 방식으로 확보하는 데 기여할 것"이라고 말했다.