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양귀비 꽃에서 나오는 모르핀(아편)은 역사적으로 큰 영향을 미쳤다. 1840년에 아편무역에 대한 대립으로 일어난 중국과 영국간의 아편전쟁은 당시 동서양간의 힘의 균형이 서양쪽으로 무너졌다는 것을 보인 역사적으로 큰 사건이었다. 지금 아프가니스탄 전쟁이 쉽게 끝나지 아니하고 있는 것에도 모르핀의 유통으로 생기는 자금이 큰 요인으로 작용하고 있다.
나는 돌아 가신 할아버지의 댁이었던 서울 은평구 녹번동 앞 마당에서 1960년대에 피어 있던 양귀비과 꽃이 진 후 모르핀을 채취할 수 있는 위 사진에 나오는 열매를 직접 본 적이 있다.
지금 양귀비 재배는 마약법에 의해 규제되지만 60년대만 하더라고 할아버지가 신경통에 쓰신다고 집마당에 조금 재배하셨던 것 같다. 댱 현종의 빈인 양귀비가 유명한 것 처럼 양귀비의 붉은 색의 꽃은 관상용으로도 아름답다.
모르핀은 마약이 아닌 의료용으로 아직 사용되고 있다. 즉 말기암 환자 등의 진통약으로 사용되고 있다.
캐나다의 과학자들이 자연 상태에서 양귀비 꽃이 모르핀을 생산하는 화학과정과 관련된 유전자, 효소를 찾아 내었다고 한다. 원문은 아래 사이트에서 볼 수 있다.
이 연구는 모르핀을 생산하지 아니하는 변종과의 유전자를 비교하여 모르핀 생합성에 결정적인 역학을 하는 유전자와 효소들을 찾아 내었다. 그 효소들을 "thebaine 6-O-demethylase" and "codeine O-demethylase"라고 이름을 붙였다. 이러한 효소는 메틸기를 제거하는 작용을 한다.
모르핀 합성 유전자를 연구용 대장균 (E. Coli)이나 효모(yeast) 같은 미생물에 주입하여 수율을 높이는 기술을 개발할 수 있다. 또한 수율이 높은 양귀비 종자를 만들어 낼 수도 있을 수도 있다. 그리고 모르핀 합성에 관한 유전자를 방해하는 바이러스를 유포하면 아프가니스탄에서 자연상태로 재배하는 양귀비 식물에서 모르핀 생산을 억제하게 할 수도 있을 것이라고 한다.
유전자 조작으로 모르핀을 생산하지 아니하는 양귀비 품종을 선별하여 내어 관상용으로 사용할 수 있을 것이다.
또 다른 가능성으로 이러한 모르핀 합성과정로부터 얻은 정보는 중독성이 낮고 진통효과는 좋은 새로운 진통제의 개발에 도움이 될 수도 있다.
모르핀을 생화학적으로 직접 합성하면 그 가격이 낮아져서 의료용으로 사용되기 쉬울 것이다. 다만 그 방법이 일반에 알려 질 경우 다른 화학 합성 마약이 몰래 만들어지는 것과 같은 폐해도 예상된다. 즉 양날의 칼이 될 것이다. 그러나 이러한 모르핀 합성의 기술은 악용되지 아니하면 상당한 부가가치가 있을 것으로 보인다.
자연자원은 부족하고 인력자원이 우수한 우리나라에서 육성하기 위해 노력해야 되는 산업이 바이오 및 제약 산업이다. 황우석 교수의 줄기 세포 붐이 일반에 바이오 산업에 대한 관심을 일으켰다가 그 연구 과정의 문제점으로 다시 사그러진 면이 있다.
바이오나 신약 연구는 마라톤 경주와 같다. 그 성과를 얻기 위하여서는 최소 5-10년 정도의 장기적인 노력이 필요하다. 최근 우리나라에서 제약회사들에 대한 리베이트 규제와 함께 신약개발에 대한 촉구가 일어나고 있다.
제약회사 육성에 관하여서는 신약을 개발할만한 규모를 갖추기 위하여 구조조정이 필요하다는 의견을 이미 이 블로그에 올린 바가 있다. "제약산업의 구조조정 필요성" http://blog.daum.net/shkong78/106.
우리나라에서 바이오 제약 산업에 더 관심을 가지고 그에 대한 촉진책을 강구하는 방법을 연구하여야 하겠다.
이 글을 쓰면서 다시 4대강사업을 생각하게 된다. 자연자원이 부족한 대한민국은 미래를 위하여 첨단 기술인, IT, 소프트인력 개발, 소재산업, 그린에너지, 바이오 제약산업의 육성에 국가재정을 치중하여야 한다. 그러나 이명박 정부의 4대강사업에 대한 집착으로 이러한 첨단 분야에 대한 획기적인 지원 육성책이 어렵게 된다는 사실도 적시한다.
참고로 원문도 그대로 밑에 옮겨 놓았다.
Opiates for the masses may not be far off. Scientists have figured out two of the final steps in the chain of chemical reactions that synthesize morphine in the opium poppy.
Pinpointing the cellular workhorses and the genes involved in making morphine may lead to new production methods for the drug and its chemical cousins such as codeine, oxycodone and buprenorphine, scientists report in a paper published online March 14 in Nature Chemical Biology.
Morphine and its relatives, widely used as painkillers in developed countries, are fairly expensive and are often taken for extended periods of time. The new research may lead to better ways of engineering yeast or other microbes to make these painkillers — perhaps skirting the social and political morass of agricultural poppy production, the source of heroin.
“Moving production of morphine and its metabolites such as codeine into a microbial system — if you could get yields up — could help lower costs,” says bioengineer Christina Smolke of Stanford University, who was not involved in the research. Instead of having to purchase these opiates from other nations, “maybe countries could even do local synthesis,” she says.
The new work identifies two enzymes — the proteins that cells use to build molecules and make reactions go — involved in turning the chemical precursors thebaine and codeine into morphine. Study coauthors Jillian Hagel and Peter Facchini of the University of Calgary in Canada also pinpointed the genes encoding each enzyme and verified this genetic role with poppy plant experiments.
“This is really terrific work,” says Philip Larkin, head of the plant product metabolic engineering program at Australia's national science agency CSIRO in Canberra. “Having these genes in the hand gives you much greater versatility.” For example, scientists could engineer high-yield plants by cranking up the activity of the morphine synthesis genes, Larkin says.
Scientists could also block morphine production with engineered viruses that shut down the genes. In theory, such viruses might be used to eradicate opium poppy crops in places such as Afghanistan. But narcotic control experts question the wisdom of such a maneuver.
“There are formidable tactical obstacles that would have to be addressed,” says Charles S. Helling, former senior scientific advisor to the State Department’s Bureau of International Narcotics and Law Enforcement Affairs. “But the even bigger problems are political,” he adds. “It’s a very difficult situation that is further complicated by the military situation.”
Morphine is an alkaloid, a class of compounds characterized by a ringed molecular structure incorporating a bit of nitrogen. “Among all the natural products, alkaloids tend to display the most potent pharmacological effects,” Facchini says. Plants produce roughly 12,000 kinds of alkaloids, including nicotine, strychnine, caffeine, mescaline, quinine and atropine.
A handful of very old plant groups, including the poppy and buttercup families, produce the class of alkaloids that morphine belongs to, called benzylisoquinoline alkaloids. The main building block for the roughly 2,500 alkaloids in this class is the amino acid tyrosine. A 15- to 20-step reaction pathway turns tyrosine into morphine. While questions remain about some of the very early reactions, pinning down the final morphine production steps is the key to unlocking a host of practical applications.
Years of research, gift plants, a bit of luck and the “Herculean effort” of then graduate student Hagel led to the discovery, says Facchini.
The researchers began with three high-morphine varieties of opium poppy, Papaver somniferum, and a mutant plant that makes the morphine precursors thebaine and oripavine but can’t make morphine itself. Hagel constructed an enormous DNA library from these plants, which the team used to determine which genes were turned on in the morphine-making poppies. She then compared this activity to that of the mutant plant that couldn’t put morphine together.
After determining the genetic blueprints of the genes that differed, Hagel and Facchini checked those DNA sequences against a database to reveal the enzymes’ identities. To verify the enzymes’ role in making morphine, Hagel stuck one of the genes into the bacterium E.coli, put the critter in a flask with some thebaine, and left it overnight.
“When she came back the next morning, the thebaine was all gone,” says Facchini. “That’s when her eyes got big…. Finding it all had been turned into morphine — that gives a grad student a great sense of power, when they can make morphine.” The scientists dubbed the enzymes thebaine 6-O-demethylase and codeine O-demethylase.
Both of the newly identified enzymes are in charge of the same structural task — removing a methyl group, a common chemical ornament comprising a carbon and three hydrogen atoms. But in the hunt for these morphine-synthesis enzymes, many scientists were led astray. There was an assumption that poppies used a methyl-removing enzyme similar to the one that the human liver uses to remove methyl groups. But poppies use enzymes from an entirely different class, the researchers report.
“These are enzymes that have eluded discovery for a long time,” says MIT biochemist Sarah O'Connor. And they turned out to be enzymes that weren’t really on the radar. “In plants, it’s very hard to figure out the enzymatic steps of a pathway,” she notes. “This is a beautiful example of how you can use modern molecular biology tools to solve this problem.”
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