환경사이언스 2023-천연 항균 펩타이드 나노입자 개발,서해안 갯벌 낙지에서 찾았다/황일선 분자생물학박사

환경사이언스 2023-천연 항균 펩타이드 나노입자 개발,서해안 갯벌 낙지에서 찾았다/황일선 분자생물학박사

피부치료화장품과 반려동물 사료로 활용 된다

항(진)균 펩타이드 나노입자 개발로 특허등록

국제전문학술지 ‘분자과학 국제저널’ 독자개발 인정

서해안을 가득 채우고 있는 저 갯벌에서 사는 낙지는 왜 병에 걸리지 않을까?

그 의문이 중견 해양학자의 마음을 움직였고 그 결과 항(진)균 펩타이드 나노입자를 개발하는 계기가 되었다.

뻘 속에서 사는 낙지가 우리의 식탁에서 즐거움을 선사하면서도 환경적 위해요소 속에서도 건강함과 끈끈함, 미끄러움을 유지하는 것에 대해 심각하게 고민하고 의문을 제기하는 사람은 그리 많지가 않다.

해양무척추 동물 중 낙지(Octopus minor)는 한국, 일본, 중국 등 동아시아지역에만 서식하는 고유종이다.

낙지는 5억 년 전 지구에 처음 모습을 드러낸 최초의 원시 지능 동물이며, 이후 꾸준히 진화를 거듭해오면서 주변 환경에서 생존하기 위해 끊임없이 새로운 유전자를 복제해 왔다.

아직도 인공양식이 불가능한 낙지는 충남지역의 생산량은 2004년(1741톤) 대비 2021년(552톤)에는 약 70%인 552톤으로 감소하고, 전국 낙지 생산량은 30%가 감소하는 등 산란‧서식지 조성이 절실한 상황이다. 이런 현실에서 낙지질병에 대한 관련 연구도 없는 실정이다.

국립해양생물자원관(관장 최완현) 황일선 박사의 의문으로 시작된 연구는 항생제 오남용에 따른 내성균 슈퍼박테리아를 억제할 수 있는 ‘천연 항(진)균 펩타이드를 키토산으로 캡슐화한 나노입자를 개발’ 특허 출원과 함께 2022년 12월 국제전문학술지인 ‘분자과학 국제저널에 논문 <International Journal of Molecular Sciences, IF 6.208)(Antimicrobial Peptide Octominin-Encapsulated Chitosan Nanoparticles Enhanced Antifungal and Antibacterial Activities>이 게재되어 독자 기술개발의 지위를 인정받았다.

갯벌정화작용 혹은 낙지 생체 내 선천적 면역시스템 작용이 강할 것이라는 의문과 낙지 자체의 생체방어능력을 연구하면 응용할 가치가 높으리라는 생물학자의 집요한 인지력이 발동된 결과가 천연 항균 펩타이드 나노입자 개발이다.

지구상에 가장 많이 존재하는 개미 중 열마디개미가 알칼로이드 물질 방출로 공격하고 이를 맞은 미친개미는 포름산을 분비해 표피에 바름으로써 독성의 알칼로이드 물질을 해독시키고 상대를 죽인다는 것을 밝혀 개미세계에서의 유전자 전쟁이자 화학무기 경쟁을 벌이는 현상을 밝혀낸 것도 유전자학자들의 위대한 탐구이다.

현재 글로벌 시장에서 펩타이드 의약품은 바이오의약품의 10% 이상을 차지하며, 항균 펩타이드 의약품은 생물 고유 선천성 면역의 일종으로 항균 활성과 기존 항생제에 비해 항균력이 뛰어나며 내성이 거의 없어 차세대 항생제로 관심을 받고 있는 물질이다.

오늘날의 환경은 기존 항생제에 내성을 가진 슈퍼 박테리아가 출현하고 있으며, 세계 각국은 새로운 천연 항생물질을 찾기 위해 노력해오고 있지만 현실은 기존 항생물질과 동일하거나 비슷한 구조를 가진 물질만 발견되었다. 아직까지 슈퍼 박테리아에 대응하는 항생물질은 개발하지 못한 상황에서 ▲다제 내성균 예방과 치료용 항균 타켓물질 개발 기술은 세계의 유전자 전쟁에서 우리나라의 고유어종에서 추출한 순수한 우리의 연구진에 의해 개발되고 특허 출원했다는 점에서 그 의미가 높다.

황일선 박사가 개발한 펩타이드 의약품은 ▲자연면역체계로 순수하게 지니고 있는 1차 방어물질이므로 부작용과 내성이 없으며 ▲혈액, 인간세표, 실험동물모델에서 독성이 없는 신규 생리활성이라는 장점 ▲강력한 항균, 항진균을 지녀 무방부제로 인한 변질될 염려가 없으며 ▲쿼럼센싱 억제제로써 높은 활성을 지니고 유해균의 세균막 형성을 억제하고 ▲유익균의 세포막은 오히려 증가하며 ▲피부상처 치유 및 재생효과도 탁월하고 항염활성제로 활용될 수 있다는 강점을 지니고 있다.

펩타이드 의약품은 항균, 쿼럼센싱 억제로 상처 치유와 재생의 효능을 가져 화장품, 의료기기, 건강기능식품 등에 활용될 수 있다.

또한 농‧축산‧어업분야의 항생제 대체 첨가제(친환경 보조사료제), 의약외품, 천연계면활성제와 천연항생제(항균제, 항진균제)로 활용성이 매우 높다. 황 박사가 받은 특허는 ’낙지 유래 생체방어 펩타이드를 함유하는 스트렙토코코스에 대한 항균조성물(특허출원번호10-2019-0126898) 낙지 유래 펩타이드를 함유하는 염증성 질환 치료용 약학 조성물(10-2020-0008336) 아시네토박터 바우마니에 대한 항균 및 바이오필름 활성을 가지는 낙지 유래 펩타이드, 옥토프로마이신(10-2020-0104723)이다.

황일선 박사(66년생, 경북 대구산, 경북대 유전공학사, 미국 Univ. of Texas at Austin 생물학석사, 제주대학교 분자생물학박사)는 병원시설 및 의학 장비 표면에서 다제내성을 가진 아시네토박터 바우마니균(Acinetobacer baumannii):다제내성 아시네토박터 바우마니균(MRAB ; Multidrug-resistant Acinetobacter baumannii) : 카바페넴계, 아미노글리코사이드계, 플로로퀴놀론계 등 3개 항생제에서 내성을 나타내는 제4급 법정감염증)에 대한 천연 항균 펩타이드를 지난해 7월 개발하고, 특허등록과 국제특허 출원 및 국제 유수 의약회지 ‘파마슈티컬즈’(Phamaceuticals, IF 5.215)에 게재한 바 있다.

한국연구재단의 중견연구자지원사업(2019R1A2C1087028)과 국립해양생물자원관 고유사업으로 국내외 특허 출원/등록(9건)과 해양 분야 상위 5% 이내 논문 포함 국제전문 학술지(8건)에 연구 결과를 발표하는 등 해양산업 소재개발 분야에서 선도적인 과학자로 평가받고 있다.

황 박사가 개발한 낙지에서 생성된 ‘천연 항(진)균 펩타이드’ 물질은 향후 반려동물 사료에 첨가제로 활용하거나 양식장 사료에서의 보조제등으로 활용함으로써 대부분 수입에 의존하는 국내 반려동물 사료사업뿐 아니라, 세계 시장에서도 핵심 소재로 활용할 수 있다는 점에서 기대를 가지게 한다.

특히 개발된 연구인 ‘천연항균 펩타이드’ 물질은 그 성능을 추출하기 위해 수 만 마리의 낙지를 희생시켜가면서 추출하는 것이 아니라, 단 1마리의 낙지에서 항생물질만 추출하여 이를 지속적으로 복제하여 배양할 수 있다는 점에서 해양생물의 자원보호에도 그 역할을 하게 되어 세계가 주목하고 있다.

환경국제전략연구소(EISI) 김동환 환경경영학박사는 “생물다양성 연구는 2000년대까지 첨단과학에 함몰되어 수많은 한반도의 생물상에 대한 표본과 귀중한 정보를 해외에 공짜로 내주고 있었던 한심한 국내 현실이었다. 유전자분류학자등 관련 연구자들도 배양하지 못했다. 이런 현실에서 선조들부터 역사적으로 오랜 기간 동안 식탁에 올랐던 낙지연구는 또 다른 계기를 마련하게 되었다. 점차 사라져가는 갯벌과 함께 낙지의 종 보존은 물론 화학적 접근에서 친환경적 천연물질로 대처하는 시발점을 마련했다. 황일선 박사의 연구는 국가적 대응을 통한 지속적인 관심과 투자로 연구 환경을 조성해야한다. 실용화의 청사진이 그려지는 한 발 더 접근한 내실 있는 결과물이기 때문이다. 아울러 국립해양생물자원관이 위치한 서천군 등 서해안 지자체들은 가칭 첨단 해양바이오센터 등을 유치하여 많은 해양과학자들과 해양바이오산업의 총본산으로 재탄생할 수 있는 특화된 지역 환경을 조성할 필요가 있다”고 말한다.

(환경경영신문 www.ionestop.kr 김동환 환경국제전략연구소장, 환경경영학 박사 /조철재 부장)