이화여대 김관묵 교수 연구팀 아미노산 자동화 생산기술 세계 최초 확보
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이화여대 김관묵 교수 연구팀 아미노산 자동화 생산기술 세계 최초 확보
  • 유재명 기자
  • 승인 2021.01.06 10:27
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고부가가치 의약품 원료 비천연 아미노산의 새로운 생산 기술 개발

[베리타스 알파=유재명 기자] 이화여대 김관묵 교수팀이 에이즈 치료제 항암제 등 고부가가치 의약품 원료로 쓰이는 비천연 아미노산을 액-액 추출공정으로 L-D 변환하는 기술을 세계 최초로 개발해 화제가 되고 있다고 6일 전했다. 이 기술을 통해 생산가치가 높은 D형 및 L형의 비천연 아미노산을 원하는 종류로 자유롭게 선택 변환하여 생산할 수 있어 고부가가치 신약개발의 교두보를 마련한 것으로 평가받고 있다. 

고급의약품 화장품 동물사료 등의 원료로 쓰이는 아미노산은 각종 신약의 기본물질이 된다는 점에서 크게는 수백조원 규모의 세계 제약시장을 향한 교두보가 될 수 있어 국내외 바이오 벤처기업의 블루오션으로 부상했다. 아미노산은 3차원 구조에 따라 거울에 비쳐졌을 때 거울상이 정반대인 L형과 D형 두 가지로 나눠지며 의약품 원료로 사용하기 위해서는 순수한 L형 또는 순수한 D형이 있어야 일반적인 방법으로 아미노산을 합성하면 L형과 D형의 혼합물 형태로 얻어진다. 이 때문에 아미노산 혼합물에서 L형과 D형을 따로 분리하거나 각각을 비대칭적으로 합성하는 기술의 개발은 학계와 산업계의 초미의 관심사였다. 

이화여대 김관묵 교수 연구팀은 2007년에 L형 아미노산을 D형으로 혹은 D형 아미노산을 L형으로 상호 변환하는 ARCA기술을 개발하여 학계와 산업계의 주목을 받은 바 있다. ARCA기술은 당시 사이언스지에 소개된 바 있으며 아미노로직스는 그 기술을 이전받아 현재 세계적인 비천연 아미노산 생산회사로 국제적인 평판을 높여가고 있다. 김 교수팀은 ARCA기술을 회사에 이전한 후에도 끊임없이 보다 경제적인 아미노산 생산기술을 개발하기 위해 노력했으며 그 과정에서 액-액 추출 방법으로 순수한 L형 또는 D형의 비천연 아미노산을 상호변환하는 것이 경제성을 더욱 높이는 길임을 절감하게 됐다. 액-액 추출(liquid-liquid extraction)은 서로 분리되는 물층과 유기층 사이에서 진행되며, 먼저 아미노산의 L-D변환이 물층에서 일어나도록 하고 그 중에 원하는 L형 또는 D형만을 유기층으로 추출함으로써 순수한 L형 또는 D형 아미노산을 얻을 수 있게 된다. 

이 방법의 가장 큰 장점은 L형 아미노산과 D형 아미노산 간의 변환을 통해 수율을 극대화할 수 있으며 전 생산공정의 자동화가 가능해 생산비용을 크게 줄일 수 있다는 것이다. 그러나 이 방법을 현실화시키기 위해서는 물층의 아미노산을 유기층으로의 추출 물층에서의 아미노산 L-D변환 L형 또는 D형에 대한 높은 선택성을 담보할 수 있는 추출제 개발 등 넘어야 할 높은 산들이 많았다. 김 교수팀은 10여 년간의 연구 끝에 이 모든 난제들을 뚝심으로 극복하여 마침내 액-액 추출법으로 L-D변환을 성공시키고 순수한 L형 또는 D형의 비천연 아미노산을 생산하는 기술을 완성했으며 실제로 작은 규모지만 전체 생산공정을 자동화할 수 있다는 것을 보여주었다. 또한 L형과 D형 중 오직 한쪽만 매우 높은 선택성으로 추출할 수 있는 새로운 개념의 ARCA 화합물도 개발했으며 그 선택성에 대한 과학적인 근거를 명확히 제시하는 데 성공했다. 

김 교수팀의 논문 심사에 참여한 심사위원과 학술지 편집진은 “액-액 추출에 의한 아미노산의 L-D변환기술을 세계 많은 연구진들이 시도했지만 결국 김 교수팀이 성공시켰다” “이 기술은 생체효소를 이용하는 바이오 생산기술을 충분한 경쟁력으로 대체할 수 있다”고 평가함으로써 김 교수팀의 연구 결과가 경쟁력 있는 세계 최초 기술개발 성과임을 인정했다. 지금까지 국내외 바이오회사들이 생체효소를 이용한 방법으로 비천연 아미노산 생산을 위해 많은 개발 노력을 기울였으나 까다로운 기술과 여러 가지 난제들 때문에 실제 생산에는 어려움을 겪어온 만큼 김 교수팀의 혁신적 연구 성과는 학계뿐 아니라 산업계의 주목도 받게 될 것이다.  

김관묵 교수는 “새로운 개념의 ARCA를 개발했고 액-액 추출에 의해 순수한 L형 또는 D형의 비천연 아미노산을 생산하는 기술을 성공시켜 전 생산공정의 자동화를 가능하게 함으로써 생산비용을 크게 줄일 수 있다는 면에서 연구 성과의 의의가 있다”며 “1저자를 비롯 본 연구실을 거쳐간 많은 학생과 연구원들의 노력 동료 교수님들이 많은 도움을 준 덕분이고 앞으로 아미노로직스와 협력하며 본 연구 성과를 실질적인 비천연 아미노산 생산 공정에 활용하기 위해 노력하겠다”고 밝혔다. 

신약 개발 등 고부가가치 바이오 산업계와 학계에 큰 반향을 일으킬 이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행되었으며 이화여대 화학 나노과학전공 김관묵 교수와 Jean Bouffard 교수가 공동 교신저자로, Jin Yingji 박사 및 Haofei Huang 박사가 제1저자로 참여했으며세계적 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 1월 5일(화) 게재됐다. 

사진=이화여대 제공
사진=이화여대 제공

 

 
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