<h1>식물 시스템을 이용한 항체의 생산</h1><p>현재 생명공학산업에서는 인간 및 동물에서 발병하는 질병에 대한 진단 및 치료에 널리 사용되는 면역단백질인 항체를 생산하기 위하여 주로 미생물, 곤충 및 동물 세포 배양 시스템을 이용하고 있다 (Breedveld 2000; Ma et al. 2003; Ko et al. 2005). 박테리아를 이용한 미생물 발현시스템은 빠른 시일 내에 다량의 단백질 생산이 가능하다는 장점은 있으나 번역 후 당화가 이루어져야 활성을 갖게 되는 대부분의 의료용 당단백질의 경우, 당화시킬 수 있는 능력을 갖고 있지 않아 최종적으로 생리활성을 지니지 못한 단백질을 발현하게 된다 (Miele 1997). 또한, 동물세포배양시스템은 번역 후 변형이 필요한 당단백질 및 항체 등의 생산에 주로 사용되고 있으나 고가의 생산비용이 요구되는 단점을 갖고 있고 동물세포 내의 인수공통병원체 2차 감염 위험이 존재할 수 있어 새로운 대체 생산시스템의 개발이 필요하다 (Bakker et al. 2001; Ko et al. 2005).</p><p>기존 생산시스템에 대한 대체방법으로 식물 시스템을 활용한 단백질 생산기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 위에서 언급한 바와 같이 식물 시스템은 동물과 유사한 번역 후 변형 과정 (posttranslational modification)에 의하여 미생물에서 생산이 불가능한 고부가가치의 의료용 당단백질 생산이 가능하며, 식물 biomass의 증감을 자유자재로 할 수 있고, 생산비용을 획기적으로 절감할 수 있기 때문에 기존의 동물이나 미생물의 생산시스템이 갖고 있는 여거 단점들을 보완하고 식물의 장점을 이용한 미래의 단백질발현기술로 발전할 수 있다 (Doran 2000; Gomord et al. 2005). 특히, 인간유래 질병의 진단이나 치료용으로 쓰이는 단일항체의 경우 최근 식물체를 이용한 발현연구가 활발히 진행되고 있다 (Ko et al. 2003; Brodzik et al. 2006; Jamal et al. 2009). 하지만 이러한 장점을 갖고 있는 식물발현시스템이라 하더라도 식물고유의 당화과정이 인간유래 당단백질인 항체의 당구조를 식물특이적으로 변형시킬 수 있는 문제점을 갖고 있다. 다시 말해서, 식물유래 항체의 당 구조가 인체나 포유동물 유래의 당 구조와는 상당히 다르기 때문에 당구조의 인간화를 유도하지 못할 경우 식물체를 이용한 항체생산에 대한 상업화 기술개발은 어려울 수 있다 (Faye et al. 1989; Jefferis et al. 1998). 때문에 식물의 당화과정을 인간화하기 위한 연구가 최근 이루어지고 있다. 인체나 포유동물 유래의 항체에는 fucose가 \(\alpha\)(1,6) 결합으로 연결되어 있는 반면 식물 유래 항체에는 \(\alpha\)(1,3) 결합으로 연결되어 있어 식물 특이적 fucose를 제거해야 한다. 특히 암 치료를 위한 단일항체를 생산하기 위해서는 무엇보다도 식물이나 동물 세포에서 생산한다 하더라도 항암활성을 그대로 유지하여야 한다. 더 나아가 항암활성을 높일 수 있도록 단백질 및 당 구조를 변형시키려 하는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 항체의 항암활성에 주로 영향을 주는 것은 암세포를 특이적으로 인지할 수 있는 항체-항원 반응과 면역 세포를 유도하여 암세포를 괴멸시키는 ADCC (antibody-dependent cell cytotoxicity)활성 두 가지가 있다. 후자의 경우 항체의 당구조가 \(\alpha\)(1,6)-fucose가 존재하지 않을 경우 오히려 Fc와 Fc receptor 간의 유도력을 증가시킬 수 있다. 때문에 식물에서의 경우 \(\alpha\)(1,3)-fucose를 제거하는 대신 \(\alpha\)(1,6)-fucose를 N-glcan 구조에 넣을 필요가 없다. 이 이외에도 항암활성에는 직접적으로 영향을 주지는 않지만 항체의 안정성에 중요한 sialic acid나 galactose의 존재가 필요하다. Sialic acid는 식물 N-glcyan에는 존재하지 않는 당 residue 이다. 최근 식물에도 sialylation을 위한 당화과정의 경로가 존재한다는 보고가 있어 sialic acid를 terminal N-glycan 에 부착하기 위한 연구를 지속적으로 진행해 오고 있다. 하지만 식물세포 내의 sialylation을 위한 당화과정 자체뿐만 아니라 sialic acid에 대한 전구물질 또한 중요한 요소이기에 이에 대한 연구 또한 필요하다 (Shah 2003).</p>
생명공학분야에서 미생물, 곤충 및 동물 세포 배양 시스템을 이용하는 목적은 무엇이야?
면역단백질인 항체를 생산하기 위하여