컨테이너에 들어간 식물학자 (식물공장에서 항체 의약품 만들기)

최성화

현서울대학교자연과학대학생명과학부교수
현(주)지플러스생명과학대표이사
서울대학교식물학과학사,석사.미국애리조나대학교식물학및생화학박사

I.프롤로그:과학자가글을내는이유003
생명과학은억울하다010/신약을만들고싶은식물학자012/GMO도문제다015/그래서나는017

II.식물학자의이상한고민019
병을고쳐보자021/오래된고민023/키가작으면낟알이많을까?025쌀보다난치병029/사고덕분에얻은기회032/비싸고오래걸린다037/즐거운상상040

III.동물세포는훌륭했다049
이미잘하고있다051/규제과학은규제만하는것이아니다054/식물에는없는규제과학057/잘하고있지만완성은아니다060

IV.식물로해보기067
첫번째오해는저평가069/두번째오해도저평가071/면역시스템074식물이만드는항암치료제079/식물공장081/아이디어1084/아이디어2087/실험089/상상090/적용과한계093/당사슬을뺀허셉틴099/옵션으로붙을수있는꿈들106

V.에필로그109
선입견과SF소설111/손내밀준비가필요한과학113

사족:꿈의무게에서벗어나기위해서115

참고문헌128

좋은벼를만들고싶었던식물학자

최성화는식물학자다.식물학자라고하면온실에서평화로운시간을보내며지낼것같지만,이들은‘먹는문제’를풀기위한고군분투에서언제나앞장서왔다.인구의증가를식량생산량증가가따라가지못할것이라던맬서스의이론을깬것은,다른경제학자의경제학이론이아니라식물학자들의연구였다.노먼어니스트볼로그(NormanErnestBorlaug,1914~2009)라는식물학자는밀의품종을개량했다.개량된밀의이름은소노라64호.볼로그가개량한품종의밀은수확량이좋았는데,덕분에적어도수억에서수십억명의인구를굶주림에서구해낸것으로평가받는다.(볼로그는공로를인정받아,1970년에노벨평화상을받았다.노벨생리의학상에는식물학이포함되어있지않아서였다고한다.)
볼로그가수확량이많은밀을개량했듯이,소출의좋은품종의쌀을만들려고했던최성화는바이오의약품신약개발로연구의방향을바꾸었다.이야기의시작은이렇다.볼로그의소노라64호는다른밀에비해키가작았다.‘그렇다면벼의키도작게만들면수확량이늘어날것이다!’라는가설을세운최성화는애기장대라는식물의돌연변이연구로키와관계된유전자를찾기시작했다.그렇게찾아낸유전자는DWARF5(DWF5).이유전자는30cm정도인애기장대의키를5cm까지줄였다.연구를더해보니DWF5유전자는키를키우는역할을하는데,여기에돌연변이가생긴것이었다.연구는더진행되었고애기장대의키를작게만드는DWF12를찾아냈다.기대를안고DWF12를벼에넣었다.역시나벼의키는작아졌다.그러나소출은늘지않았다.과학자가매일맞는상황이며,반전의시작이기도하다.

희귀병의원인을찾아낸식물학자

DWF5와DWF12는식물의콜레스테롤합성에관여하고있었다.그런데DWF5가사람에게나타나는희귀유전병과관계가있다는사실을알게된것이다.스미스렘리오피츠증후군(SmithLemliOpitzsyndrome,SLOS)은콜레스테롤생합성에문제가있어생기는병이다.생명유지에꼭필요한콜레스테롤합성에문제가있어SLOS를앓는환자는,뇌가작은소두증이나손가락이보통보다많은다지증,정신지체와발달장애등을겪는다.최성화가DWF5와DWF12를찾았을때가1998년이었는데,아직사람의유전자지도가다그려지기전이었고SLOS가유전자문제로발생한다는것도모르고있을때였다.
진화의과정에서서로다른길을걸어가기로했을뿐식물과동물의뿌리는같다.사람에게있는질병관련유전자289개를조사했더니,139개가애기장대에도있었다고한다.애기장대의키를작아지게만드는돌연변이유전자는사람에게서는SLOS질병을일으킨것이었다.원인을찾았으니SLOS를고칠수있게되었을까?식물학자는여기서잠깐멈추었다.과학이세상에구체적으로도움이되려면,연구실을문을열고기업이될필요가있었다.그러나곧바로시작할수없었고,다음이야기를준비한다.

식물공장에서항체의약품만들기

요즘그는회사를차려연구를이어가고있다.컨테이너로된식물공장에서항체의약품을만들기위한연구다.허셉틴,키트루다처럼유명한면역항암제들이바로항체의약품이다.항체의약품은사람의면역시스템에서중요한역할을하는항체를의약품으로개발한것이다.암이나희귀난치성질환에효능을보여주지만,기본적으로가격이비싸다.유방암환자를대상으로놀라운치료효과를보여주는허셉틴(Herceptin,성분명:trastuzumab)으로1년동안치료를받으려면환자의상태에따라다르나,많게는수천만원가까이들어간다.건강보험을적용받을수도있으나,누군가약값을내야한다는점이달라지는것은아니다.죽어가는사람을살려내는값이라고는하지만부담스러운액수인것이사실이다.
비싼데는이유가있다.항체의약품은높은수준의생명과학과생명공학,의학과약학연구의결정체다.연구개발과임상시험에비용이많이들어간다.비용은여기서멈추지않는다.항체의약품은유전자를조작한동물세포를대량으로배양해,이동물세포가만들어내는항체물질을정제해서만든다.원하는약을만들어내는동물세포를배양하고,약물을정제하는데첨단장비와고급인력이필요하다.개발과생산에모두돈이많이들어간다.
그래서소출이많은품종의벼를만들려다희귀난치병원인유전자를찾아낸식물학자는,이제항체의약품을‘비싼약’에서‘기적의약’으로바꾸는일에도전하고있다.동물세포가아닌식물에서항체의약품을만들기로것이다.환자개인에게최적화된항체의약품을,컨테이너한두동규모의식물공장에서만들수있도록하는것.생명과학이발전함에따라환자맞춤형항체의약품물질을찾아내는것도가능해질것이기에상상해볼수있는일이다.한편원래부터환자의수가적었던희귀난치병의경우도마찬가지.규모의경제때문에많은환자에게처방하는항체의약품생산을중심으로공장이돌아갈수밖에없는구조다.이런조건에서,거대한규모의공장이소수의환자를위한약을만들어내기는어렵다.그런데항체의약품을환자맞춤형으로소량으로만들어낼수있다면,그것도컨테이너한두동에서식물을길러내고정제하는데들어가는비용정도만으로가능한다면,항체의약품은비로소‘기적의약’이될것이다.

과학자의글쓰기

항체는동물면역시스템에서중요한역할을담당하나,식물에는아예없는물질이다.그런데식물에서항체를,그것도의약품으로쓸항체를만들겠다는것이다.안되는것을되게만드는것이과학이라면,그는충분히과학을하고있다.이미식물에서항체의약품허셉틴의성분인트라스투주맙을만들어냈기때문이다.그럼에도이작은책은미완성연구프리젠테이션이다.아이디어를설계해실험으로만들고,설계한실험을입증하고,그것을다시현장에적용할수있도록상업화하는데필요한공학적인문제해결등은여전히진행중이기때문이다.
그런데이렇게진행하고있는것들을,논문이아닌책이라는그릇에담아대중과소통하려하려한다.과학과사이비를구분하는기준이반증가능성이고,완성된과학이라는것이존재할수없다는명제를받아들인다면,미완성임에도공개하고전문가가아닌대중에게도보여주며적극적으로소통할필요가있다고느꼈기때문이다.전문가의눈으로걸러낸장밋빛결과를전문가의언어로포장해내놓는,과학아닌사이비에우리사회가뒷통수를맞은경험은여러번이다.그리고한두건의일탈이라고하기에는손해가너무크다.해당분야연구가꽃을피우기도전에선입견에덧싸여사라지기쉽기때문이다.그래서자기연구에대한애정,그연구가결국풀어내고싶은문제에대한간절함은,미완성의연구노트를대중에서프리젠테이션하게끔이끌었다.과학자가글을쓰려는이유다.
한편끊임없이도전하는식물학자의연구프리젠테이션을듣다보면,독자는과학자가왜연구실을나와회사를차리게되었는지,약의성분물질을만들어내는것과실제환자에게처방하는의약품이되는것사이에있는규제과학이라는것은무엇인지,전세계가고도화된도시들을매개로서로밀접하게연결되는상황에서사스나메르스같은유행병에대응하는차원의식물기반백신생산시스템이필요한이유등도함께들을수있다.