황기 사포닌 아스트라갈로사이드 생합성 전 경로 규명…효소 6종 확인

2천 년 넘게 한약재로 쓰여 온 황기(Astragalus membranaceus)의 핵심 성분 아스트라갈로사이드(astragaloside)가 식물 안에서 만들어지는 전 과정이 밝혀졌다. 중국과학원 쿤밍식물연구소(Kunming Institute of Botany)와 청두중의약대 연구진은 황기의 염색체 수준 유전체(chromosome-level genome)를 새로 조립하고 이를 바탕으로 생합성 경로 전체를 규명해 Nature Plants에 보고했다.

유전자 클러스터에서 찾은 효소 6종

연구진은 먼저 아스트라갈로사이드 합성에 꼭 필요한 변형 효소 두 개를 찾아냈고, 이를 단서로 트리테르페노이드 생합성 유전자 클러스터(biosynthetic gene cluster)를 확인했다. 경로는 선택적 수산화, 에폭시화, 당 결합이 차례로 일어나는 구조로, 시토크롬 P450(cytochrome P450) 효소 3종과 2-옥소글루타르산 의존성 산화효소(2-ODD) 1종, 당전이효소(glycosyltransferase) 2종이 관여했다. 이 유전자들을 담배 근연종 니코티아나 벤타미아나(Nicotiana benthamiana)에 넣자 아스트라갈로사이드 IV가 만들어졌다.

아스트라갈로사이드는 원료를 안정적으로 확보하기 어렵다는 점이 과제로 꼽혀 왔다. 경로가 확보되면서 재배에 의존하지 않는 생산 방식을 설계할 기반이 생겼고, 식물 테르펜 유전자 클러스터의 다양성에 대한 이해도 넓어졌다는 것이 연구진의 평가다.

다만 이번 성과는 경로 규명과 실험용 식물에서의 재현을 보여 준 단계로, 생산 수율이나 경제성은 다루지 않았다. 아스트라갈로사이드의 인체 효능을 검증한 연구도 아니다.