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지난 6월 14일 2022년 제1차 해양수산 사업화 유망기술 설명회가 서울 코엑스 컨퍼런스룸에서 열렸다. 국립해양생물자원관의 미생물자원실에서 근무하는 최그레이스 실장이 참가해 ‘해양미생물 유래 항암물질 대량 생산 기술’을 주제로 발표해 업계의 주목을 받았다. 최그레이스 실장을 만나 발표 주제에 대한 폭넓은 견해와 실용화를 위한 과정과 전망 등에 대해 자세히 알아보자.
글: 편집실

안녕하세요, 저는 국립해양생물자원관 해양바이오산업화본부 미생물자원실에서 근무하고 있는 최그레이스라고 합니다. 전공은 해양미생물 유래 이차대사물질 연구로 해당 분야의 연구경력은 박사과정부터 약 17년 정도 됩니다. 국립해양생물자원관에 입사하기 전에는 미국 스크립스 해양연구소에서 박사후연구원으로 약 5년간 해당 분야의 연구를 수행하였습니다. 해양자원으로부터 새로운 미생물을 발견하여 이름(학명, scientific name)도 지어주고, 그 미생물들이 어떠한 유용물질(이차대사물질)을 만들고, 우리 인간에게 어떻게 유용하게 쓰이는지에 대하여 연구했습니다. 현재 국립해양생물자원관에서도 해양미생물과 해양미세조류가 어떤 유능한 능력으로 인간에게 유익하게 이용될 수 있는지에 대하여 연구하고 있습니다.
국립해양생물자원관은 우리나라 해양수산생명자원 책임기관이자 해양생물자원 국가 컨트롤타워로서 미생물자원실에서는 우리나라에서 보고되고, 국립해양생물자원관이 보유하고 있는 해양미생물과 해양미세조류를 매년 업데이트를 통하여 국가해양종목록집 발간에 기여하고 있습니다. 또한, 해양바이오뱅크 내 운영 중인 해양미생물바이오뱅크와 해양미세조류바이오뱅크를 전담 운영하면서, 해양바이오 소재 개발 및 산업계 지원을 위해 앞장서고 있습니다.

해수로부터 분리된 스트렙토마이세스 속(genus) 해양방선균 SNC087 균주의 스타우로스포린의 대량생산과 관련된 배양기술에 관한 내용입니다. 예로부터 방선균은 항생물질 등 제약산업에 많이 활용되고 있는 유용물질이 많이 보고된 종으로 우리 연구팀에서는 해양유래 방선균을 타겟하여 주기적인 해양 시료를 확보하여 해양 방선균을 분리해 왔습니다. 그중 SNC087 균주의 경우 실험 결과 기존 보고된 문헌 대비 스타우로스포린을 4배 이상 생산하는 결과를 확인할 수 있었고, 본 물질의 경우 항암, 항균 및 항고혈압 효능뿐만 아니라, 항암제 생산(합성)을 위한 기원물질로 이용되고 있어 고가에 판매되고 있습니다. 이번 발표한 기술은 국내에서 확보 및 분리된 해양미생물의 유용물질(스타우로스포린)의 대량 생산을 위한 최적의 배양 방법과 분리 및 정제를 위한 내용입니다.

스타우로스포린은 항암, 항균 및 항고혈압 등의 활성이 있는 것으로 알려져 있으며, 주요 생물학적 활성은 ATP(adenosine triphosphate)가 kinase에 결합하는 것을 막음으로써 protein kinase C를 억제함으로써 위와 같은 생리활성을 보입니다. 또한, 스타우로스포린은 활성화된 caspase-3에 의해서 세포자살(apoptosis)을 유도하여 세포주기 G1 또는 G2 단계의 세포분열을 정지시킨다는 연구 결과가 있으며, 임상 연구에서 리포좀 나노입자(liposome nanoparticle)로 캡슐화된 스타우로스포린은 마우스를 대상으로 한 실험에서 부작용 없이 항암효과가 있는 것으로 관찰된 보고도 있습니다. 제약회사에서 판매되고 있는 항암제 생산에 있어서, 합성을 위한 기원물질로 이용되고 있어 스타우로스포린에 대한 활용과 연구는 현재도 진행형입니다. 우리가 분리한 SNC087 균주는 해수로부터 분리한 해양방선균으로서, 판매되고 있는 배지가 아닌 실험실에서 자주 이용되고 있는 배지 구성 성분들을 배합한 배양배지에서 배양하여 분리에 성공할 수 있었습니다. 그리고 유용한 균주를 분리하기 위하여 ‘기원이 되는 자원(해수)의 환경을 최대한 유사하게 적용하여 배양한다’라는 기조 아래 실험실에서 배양하여 스타우로스포린을 최대로 생산할 수 있는 최적 배지 및 배양조건을 찾았습니다.

해양생물 중 해양미생물의 경우 첫째, 해양바이오 산업화를 위해 용이한 자원입니다. 해양미생물 자체 또는 해양미생물로부터 유용물질이 발견되었을 경우 다시 채집(분리)하지 않고, 배양을 통하여 유용한 자원 및 물질을 확보(재생산) 가능합니다. 일반 자원의 경우, 확보를 위한 재채집을 수행해야 하는데 재채집을 통하여 대량 확보 시 생태계 파괴, 멸종위기종일 경우 채집 불가 등의 이유로 채집의 어려움이 있으며, 기후변화 및 기타 요인에 의하여 대량 확보가 어려운 경우가 많이 발생하게 됩니다. 이럴 경우, 산업화를 위한 종으로의 활용에 어려움이 있어 한 번 확보 후 보존이 잘 이뤄진다면 지속해서 이용이 가능한 자원이 해양미생물입니다. 두 번째로, 해양미생물은 ‘해양유래 유용물질 및 신물질의 보고다’ 할 수 있습니다. 해양천연물은 육상천연물과 달리 구조적으로 특이하며, 활성 또한 강력하여 인간에게 유익한 생물군으로 알려져 있습니다. 높은 염분, 수업, 저온 등 극한 환경에서 생존을 위해 진화를 거듭해오며 육상자원과는 차별화된 다양한 생리활성과 효능을 가지고 있어 식료품, 의약품, 화장품, 생리활성물질 개발 소재로 주목받고 있는 핵심 자원으로 알려져 있습니다. 이러한 다양한 해양미생물의 장점이 있어 오랫동안 해양미생물에 관한 연구를 수행해 왔습니다.

이번 제1차 해양수산 사업화 유망기술 설명회를 통하여 소개한 항암물질인 스타우로스포린이 실용화되면 국내 확보 해양미생물 유래 항암물질을 천연상태로 대량 배양을 통하여 합성 없이 대량 생산 가능한 장점이 있습니다. 현재 판매되고 있는 스타우로스포린은 전량 수입을 통해 1mg당 2백만 원을 호가하고 있습니다. 따라서, 이런 고부가가치 물질을 국내 자원을 활용하여 대량 생산하여 이용하게 된다면 국가 이익 창출에도 이바지할 수 있다고 생각합니다.

국립해양생물자원관에서 근무하기 전까지는 실험을 통하여 문제를 해결하고 해양미생물에 대한 유용성을 증명해 나가는 논문을 작성하는 것에 기쁨과 보람을 느끼면서 지내왔습니다. 반면 국립해양생물자원관 해양바이오산업화본부에서 근무하면서 늘 ‘내가 하는 연구가 어떻게 해야 우리 실생활에 밀접하게 영향을 끼치고 도움을 줄 수 있을까?’ 에 대해 늘 생각합니다. 수행하고 있는 사업의 연구 결과를 산업화까지 연결하기 위하여 어떻게 하면 좋을지에 대하여 매일매일 고민하고 있습니다.

유망기술들을 현실에서 실용화하기 위하여 우선 많이 알리는 것이 중요합니다. 우리 국립해양생물자원관이 보유하고 있는 해양바이오 기술에 대한 지속적인 홍보가 필요합니다. 그래야 산업화를 수행하는 기업체에서 관련 기술에 대한 정보를 보고 관심을 가질 수 있다고 생각합니다. 이와 더불어, 관심을 가지고 사업화 시 제한이 따르는 규제 등에 대한 검토도 이뤄져야 할 것입니다. 국내·외적으로 해양생명자원의 산업적 활용 가치에 대한 기대가 높아짐에 따라 세계 해양바이오 시장 규모는 19년 4,502억 달러에서 24년 6,433억 달러로 연평균 7.4% 성장 예측하고 있으며, 국내 해양바이오 시장 규모는 20년 6천 405억 원에서 30년 1조 2천억 원으로 성장 예측하고 있습니다. 이처럼 성장 규모가 큰 분야의 활성화를 위하여 정부 및 우리와 같은 공공기관에서는 산업화 소재 개발을 위하여 기업체의 산업화 어려움을 이해하고, 산업화를 위한 장애물을 해결하고 이를 위한 인력, 예산, 인프라 확대 그리고 기업과의 공동연구를 통한 산업화의 활성화 등이 뒷받침되어야 할 것입니다.

식품, 화장품, 제약 분야에서 주목받고 있는 것이 배양이 가능한 자원인 해양미생물과 해양미세조류입니다. 앞으로 현재 부서에서 진행하고 있는 사업을 통하여 해양미생물과 해양미세조류로부터 유용한 소재를 개발하여 ‘우리 생활에 유익한 우리 국산 해양자원’을 많이 확보하고, 이를 활용하여 많은 기업이 우리나라 해양바이오산업화에 기여하는 연구를 진행하고 싶습니다.