널리 사용되는 항암제 탁솔에 대한 수요는 증가하고 있지만, 생합성 방식으로는 생산이 어렵고 비용이 많이 든다. 지금까지 생합성 방식으로는 불가능했다. 코펜하겐 대학교 연구진이 과학계가 30년간 고심해 온 암호의 마지막 부분을 해독했다. 이 획기적인 발견은 약값을 절반으로 낮추고 생산을 훨씬 더 지속 가능하게 만들 수 있다.

탁솔은 유방암, 난소암, 자궁경부암, 폐암 치료에 가장 흔히 처방하는 항암제 중 하나이다. 그러나 이 약물의 생산은 화학 반합성에 의존하기 때문에 복잡하고 비용이 많이 들며 환경 측면에서도 부담스럽다. 30년 동안 전 세계 과학자들은 태평양 주목 나무에서 추출한 천연 화합물인 탁솔이 자연에서 어떻게 생성되는지 이해하기 위해 노력해 왔다. 이 과정을 해독하면 생명공학 기반 생산이 가능해질 것이다. 하지만 최종 단계는 지금까지 알려지지 않았다. 코펜하겐 대학의 연구팀은 두 가지 누락된 부분을 찾는 데 성공했다. 그들은 탁솔을 약물로 활성화하는 생합성 경로의 두 가지 중요한 마지막 단계를 담당하는 효소를 찾아냈다.

"탁솔은 매우 복잡한 분자이기 때문에 수 십년 동안 이 연구 분야의 성배였다. 하지만 마지막 두 효소의 발견으로 우리는 이제 탁솔이 어떻게 형성되는지 완전히 이해하게 되었다. 이를 통해 효모 세포에서 탁솔을 생산하는 생명공학적 방법을 개발할 수 있었다."라고 식물환경 과학과 교수이자 Nature Synthesis에 게재된 이 연구의 수석 저자인 소티리오스 캄프라니스는 말했다.

이 방법은 주목 나무에서 탁솔 생성 유전자를 복제하여 효모 세포에 삽입하는 과정을 포함한다. 이렇게 조작된 효모 세포는 탁솔을 생산하는 완전한 조건을 갖춘 숙주 생물 또는 미세공장이 된다.

개발도상국의 여성들에게 영향을 줄 수 있어
코펜하겐 대학의 연구팀은 이 방법에 대한 특허를 신청했으며, 생합성 탁솔을 제조하는 분사 회사를 설립하는 과정에 있다.

"이 방법을 사용하면 기존 방법보다 저렴하게 탁솔을 생산할 수 있습니다. 앞으로 공정을 더욱 개선하면 비용을 절반으로 줄일 수 있을 것으로 예상합니다."라고 제1 저자인 페이얀 량 조교수는 말했다. 난소암이 전 세계적으로 증가하고 있기 때문에 가격 인하가 특히 중요하다. 난소암 유병률은 2050년까지 55% 이상 증가할 것으로 예상되며, 대부분의 발병은 저소득 및 중소득 국가에서 발생할 것으로 예상된다. 같은 기간 난소암으로 사망하는 여성 수는 거의 70% 증가할 것으로 예상된다. 현재, 탁솔의 가격은 1kg당 2만 달러 이상으로, 사용되는 활성 약제 성분 중 가장 비싼 편에 속한다.

"높은 가격이 주요 장벽인 여러 개발도상국에서 탁솔에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 저희의 연구가 더 많은 사람들이 암 치료를 받을 수 있도록 저렴한 약가를 제공하는 데 기여하기를 바랍니다."라고 연구원 페이얀 량은 말했다.

이 새로운 방법은 화학 합성보다 비용 효율적일 뿐만 아니라 지속 가능성도 높다. 한 가지 장점은 화학 생산에 흔히 사용하는 해로운 화학 물질과 용매를 사용하지 않는다는 것이다. 또 다른 장점은 주목 잎에서 추출한 더 조악하고 정제가 덜 된 추출물을 출발 물질로 사용할 수 있다는 것이다. 이는 화학 반합성에 필요한 초순수 투입물보다 훨씬 저렴하다. 게다가 이러한 재료는 재활용이 가능하다.

"우리는 지속 가능하고 저렴한 생명공학 의약품 생산이 가능하다는 것을 보여주고 싶습니다. 현재 그러한 사례는 거의 없지만, 이제 우리는 그것을 실현할 수 있는 기반을 갖추었습니다."라고 연구원 소티리오스 캄프라니스는 말했다.

치료당 두 그루의 나무
탁솔은 원래 태평양 주목 나무(Taxus brevifolia)의 껍질 안쪽에서 추출되었지만, 껍질에 함유된 택솔 함량이 매우 낮아서 수확하려면 껍질을 모두 제거해야 했고, 그 결과 나무가 죽었다. 주목은 성숙하는 데 70년에서 100년이 걸린다. 한 번의 처리에 약 두 그루의 주목이 필요하므로 기존 방법은 지속 불가능할 수 있다. 수년 전에 폐기되었지만, 일부 지역에서는 야생 주목이 여전히 위협받고 있다. 오늘날 가장 흔한 방법은 화학 합성을 위해 주목 나무 잎에서 유사한 화합물을 수확하는 것이지만, 이 과정의 비용은 여전히 ​​높다. 그래서 탁솔의 평균 가격은 킬로그램당 20,000달러가 넘는다.

참조:
Feiyan Liang, Yuman Xie, Chi Zhang, Yong Zhao, Mohammed S. Motawia, Sotirios C. Kampranis. Elucidation of the final steps in Taxol biosynthesis and its biotechnological production. Nature Synthesis, 2025; DOI: 10.1038/s44160-025-00800-z