【Coffee Time】오타와 과학 칼럼- 돼지 독감과 항체 공학 > 최지연의 캐나다 소식~

오타와 과기협(과학 기술 협회), 과학 컬럼 시리즈 시작...

캐나다의 IT 핵심도시로서의 오타와는 'IT 브레인의 창고'라 할 만큼 각 분야의 유수한 과학자들이 집결해 있다. 한카타임즈 신문에 오타와 과기협이 이른바 '과학 전도사'가 되어 "과학이란 무엇인가? 인류의 행복과 발전을 위해 과학은 어떤 역할을 담당하는가?"등에 대한 광범위한 주제를 가지고 다양한 분야의 과학정보를 소개, 차세대의 주인공인 청소년들과 어린이들에게 과학에 대한 흥미를 고취시키기 위함이다. 오타와 과기협 지부장 윤상식박사는 "과학 컬럼 시리즈를 통해 자라나는 한인 꿈나무들이 과학을 재미있고, 도전하고 싶은 매력적인 학문이라는 생각을 가지게 되길 바란다"라고 했다.

오타와가 가진 다양한 분야의 과학자들. 남편 친구들 혹은 아이들의 친구 아빠가 들려줄 과학 이야기에 기대가 큽니다. 전공 분야에서 오랫동안 일하신 분들이 어린이을 대상으로 풀어주는 과학 이야기라 아이들이 꿈을 꾸는데도 도움이 되고 과학에 대한 쉬운 접근과 친숙해지는데도 많은 도움이 될것 같습니다.

2009.07.15

오타와에서 최지연

과학 칼럼(1)-돼지 독감 과 항체 공학 (Antibody Engineering)

김대영 박사 (항체공학그룹 연구원, NRC-IBS, 오타와)

돼지 독감 (Swine influenza or Swine flu) 으로 전 세계가 난리다. 이 독감과 관련되어 사망한 환자들이 보도 되고는 있지만 20세기 초 (1918-1919) 5천여만 명의 사망자를 내며 (한국에서만 약14만명) 전 세계를 휩쓸고 지나간 스페인 독감 과는 비교도 할 수 없을 만큼 경미한 독감으로 보여져 그나마 위안을 얻고 있다. 하지만 감염자들의 숫자가 우려할 만큼 급속도로 확산되고 있다는 점에서 WHO를 중심으로 한 범세계적인 대처가 강조되고 있는 긴박한 실정이다. 물론 지금까지도 많은 관심을 가지고 연구되어 오긴 했지만 이번 돼지 독감의 유행으로 독감을 비록한 다른 바이러스 관련 질병들을 다스리기 위한 항체 치료제 (antibody therapeutics) 연구가 그 중요성을 더해 가지 않을까 짐작한다.

항체 (antibody)는 바이러스와 같은 병원균이나 기타 인체에 침입하는 항원 (antigen) 에 반응하여B 면역세포 에서 만들어지는 단백질 이며, 높은 특이성 과 친화력을 가지고 항원과 결합함으로서 인체를 방어하는 역할을 한다. 항체의 이러한 특성 때문에 오래전 부터 제약 사업과 연계되어 많은 관심과 연구가 집중되어 왔으며 현재 암 치료에 사용되고 있는 단백질 의약의 대부분이 항체나 그와 관련된 단백질들이다. 특히 분자 생물학 (molecular biology) 의 급속한 발전으로 인체의 세포 기작 (cellular mechanism) 들이 분자 수준에서 이해되기 시작되면서 병원균과 인체 세포간의 상호작용 또는 암세포의 생성이나 전이 기작 (metastasis)들이 조금씩 밝혀지고 있으며 이러한 지식들을 바탕으로 항체를 이용한 치료제의 개발이 가속화 되어 가고 있다. 최근에는 나노테크놀로지 (Nanotechnology) 의 등장에 힘 입어 항체의 높은 기질 (substrate) 특이성과 친화도를 이용하여 암세포나 병원균의 진단 (Diagnosis) 또는 환경 오염 물질의 검출 (Detection) 과 같은 분야로도 그 영역을 넓혀가고 있는 중 이다.

항체공학 (Antibody Engineering) 은 기존에 존재하는 항체를 유전 공학적인 기법을 사용하여 단백질 구조를 인위적으로 변형 시킴으로서 항체의 기능 (특이성과 친화도) 을 향상 시키거나 새로운 기능을 부가 (예: 하나 이상의 항원에 동시에 결합하는 항체) 하여 치료제나 진단제로서의 항체의 가능성을 극대화 하기 위한 생명공학 (Biotechnology)의 한 분야이다. 알려진 단백질들의 구조를 바탕으로 수학적인 계산 (Denovo design)을 통해 접근하는 연구도 활발하게 이루어 지고 있지만 이러한 접근 방법 보다는 수 많은 종류의 다른 구조를 가진 항체 (antibody library) 를 인위적으로 제작한 다음 이로부터 원하는 항원과 결합하는 항체를 선별 하려는 시도들이 좀 더 일반적으로 이용되고 있다. "Directed evolution" 이라고 불리우는 이러한 antibody library 선별 방법의 성공 여부는 일차적으로 library size (서로 다른 구조를 가진 항체의 수)에 크게 의존하지만 이에 못지않게library를 구성하는 항체들의 생물리학적 특성에도 크게 좌우된다. 따라서 library를 제작할 때 이러한 요소들을 잘 고려하여 디자인 하지 않으면 원하는 항체를 선별하는데 어려움이 따를 수 있다.

큰 용량의antibody library를 제작하기 위해 박테리오파지 (bacteriophage or phage) 라 불리우는 박테리아에 기생하는 바이러스 (bacterial virus)가 주로 이용되는데 이유는 박테리아를 형질전환 (transformation) 시키는 파지의 뛰어난 능력과 아울러 파지들이 가지고 있는 작고 단순한 유전체(genome) 때문에 조작하기가 용이하다는 사실 때문이다. 파지의 표면에는 여러 종류의 단백질들이 배치되어 있는데 유전공학적인 방법으로 이들 표면 단백질의 유전자에 항체 유전자를 삽입해서 발현시키게 되면 항체가 각각의 파지의 표면에 진열 되게 되고 이렇게 파지의 표면에 진열된 항체들은 파지 패닝 (phage panning) 이라 불리우는 방법을 통해 선별되게 된다. 이렇게 선별된 항체들은 여러번의 반복된 파지 패닝을 거치게 되는데 이 방법을 "directed evolution (유도된 진화)"이라 부르는 이유는 반복적인 선별과정을 통해 인위적으로 항체들간의 경쟁을 유발시킴으로서 특정 항원과 최적의 조건으로 결합하는 항체를 선별할 수 있다는 데 있다 (survival of the fittest (적자생존)). 아마도 자연 상태에서는 몇억년이 걸릴지도 모르는 일련의 과정들이 실험실 안에서는 단 몇일 만에 이루어 지고 있는 것이다! 기독교적인 관점에서는 아직도 진화론에 대한 많은 논쟁의 불씨들이 존재하는게 부인할 수 없는 사실이지만 아무튼 조그만 시험관 안에서 진화의 일부를 목격하게 되는 것은 생명과학자만이 누릴 수 있는 즐거움이 아닐 수 없다. 이러한 과정을 거쳐 선별된 항체들은 다시 여러 가지 생화적 또는 생물리학적 방법들을 통해 분석되고 검증 받게되며 이렇게 선별된 항체들은 또 다시 동물 실험등을 거쳐 의약품으로서의 가능성을 인정 받게된다. 인정하고 싶지는 않지만 모든 과정을 거쳐 최종적으로 시장에 나오는 항체의 수는 극히 소수다. 신의약 개발의 과정은 이처럼 멀고도 험하다!

작 은 지면을 빌어 항체공학에 대해 간단하게 나마 소개를 할 수 있는 기회를 가지게 되어 감사하고 개인적으로 매우 뜻 깊게 생각한다. 몇해 전 한국 사회를 떠들썩하게 만들었던 줄기세포 (stem cell) 관련 사건에서 느낀 것 처럼 아이러니컬 하게도 그런 불미스러운 사건들을 통해 국민들의 과학적 관심이나 상식들이 한 단계 성장하게되는 것을 목격하게 된다. 고등학교 이후로는 생물학을 접할 기회가 없었을 대부분의 사람들이 줄기 세포와 관련된 어려운 용어들을 줄줄 외우게 되버린 것 이다. 어렵고 지루한 과정을 거치지 않고도 BIO101을 마치게 되는 것이니 그런 불미스런 사건도 사회적으로는 어느 면에서 큰 기여를 한 셈이다. 동일한 시각에서 이번 돼지 독감에서도 많은 사람들이 비록 피상적이긴 하지만 독감에 대한 많은 과학적 지식들을 얻게되고 또 그에 따른 예방이나 치료에 대한 많은 관심을 가지게 되는 기회가 되고 있슴을 느낀다. 동전의 양면처럼 모든일에는 양이 있으면 음이 있게 마련이다. 문제는 일상에서 부딪히는 어둡고 부정적인 면들을 얼마나 밝고 긍정적으로 해석하느냐에 달려있다. 그렇게 만들어진 긍정적인 피드백 이 개인의 일상은 물론 사회 전반에 미치는 영향은 실로 계측하기 어렵다. 아마도 그런 과정들이 시험관에 들어있는 파지들 처럼 현실속에서 우리들 인간들에게 주어지고 있는 "directed evolution"의 한 부분 일지도 모를 일이다.

(출처:한카타임즈)

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