피부의 상재균으로 인슐린을 만들어 체내에 상시 공급하는 당뇨병 치료법

by Paul Stainthorp / https://www.flickr.com/photos/pstainthorp/

혈당치를 낮추는 호르몬인 인슐린의 분비가 잘 되지 않거나 인슐린의 효능이 나빠지면 고혈당이 일상화되어 다양한 문제나 질병을 일으키는 당뇨병의 원인이 됩니다. 그래서 당뇨병의 진행에 따라서는 인슐린을 주사할 필요가 있는데, 인슐린을 분비할 수 있도록 유전자 개조한 피부 상재균을 체내에 도입하여 자동적으로 인슐린을 체내에 공급한다는 새로운 치료법의 연구를 생물학계 블로그 사이트인 GROW가 소개했습니다.

Getting Under the Skin
https://www.growbyginkgo.com/2024/01/09/getting-under-the-skin/

Getting Under the Skin

2010년 분자생물학자인 크레이그 벤터 연구팀은 컴퓨터에 기록된 박테리아의 게놈정보를 바탕으로 게놈을 포함한 DNA를 합성하고 효모에 이식함으로써 '합성생명'을 세계에서 처음으로 만드는 데 성공했습니다.

캘리포니아대학 샌디에고교의 소아과 명예교수인 알버트 하이엑 씨는 이 벤터 연구팀의 논문을 읽고 인슐린을 생성하는 세균을 만들 수 있을 것이라는 아이디어를 생각해 냈다고 것.

인슐린은 췌장 내의 조직으로 만들어지는 호르몬으로, 어떤 이유로 이 호르몬이 체내에서 만들 수 없게 되면 혈당치를 낮출 수 없게 되기 때문에 당뇨병의 원인이 됩니다. 특히 1형 당뇨병은 태어나면서 인슐린의 분비부전을 안고 있기 때문에 평소부터 인슐린 주사를 할 필요가 있습니다.

by FatCatAnna / https://www.flickr.com/photos/fatcatanna/

그러나 미국에서는 여러 가지 이유로 인슐린 가격이 상승하고 있으며 당뇨병을 앓는 사람들에게 부담이 되고 있다는 문제가 있습니다.

하이엑 씨가 논문을 읽은 다음 해인 2011년, 우연히도 하이엑 씨의 집 근처에 벤터 씨가 운영하는 J. 크레이그 벤터 연구소가 건설되었습니다. 하이엑 씨는 연구소에 연락하여 벤터 연구소에서 합성생물학 그룹을 이끄는 존 글래스 씨와 친분을 얻었습니다. 당초는 줄기세포를 사용한 연구를 계획하고 있었는데 면역학자 리차드 갈로 씨에게 상담한 결과 피부 표면의 상재균을 사용하는 아이디어를 제안받았다고 합니다.

갈로 씨는 2013년에 피부에 상재하는 세균이 표피뿐만 아니라 표피보다 2mm 깊은 체내에서도 서식하고 있으며 일부가 혈관과 상호작용할 가능성이 있다는 연구결과를 발표했습니다. 즉 이 표피 상재균의 DNA를 조작해 혈당치의 상승을 감지하면 인슐린을 분비하게 프로그램하면 자동으로 인슐린이 분비되는 시스템을 몸에 도입할 수 있다는 것입니다.

하이엑 씨와 갈로 씨 연구팀은 피부의 상재균 중 하나인 표피 포도상구균의 DNA를 변경하고, 하나의 아미노산 사슬로 이루어진 인슐린 유사체를 발현하는 유전자를 통합했습니다. 이 인슐린 유사체는 신체에서 생성되는 인슐린과 유사하게 작동하지만 표피 포도상구균의 서식에 적합한 온도에서도 안정적인 것이 특징입니다.

출처:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Staphylococcus_aureus_Gram.jpg

또 이 표피 포도상구균에 이상이 일어났을 경우나 타자에게 감염해 버린 경우에 대비하여 페일 세이프를 마련할 필요가 있습니다. 그래서 연구팀은 DNA를 구성하는 뉴클레오사이드의 1종인 티미딘을 합성하는데 필요한 유전자를 표피 포도상구균의 DNA로부터 배제했다고 합니다. 따라서 외부에서 티미딘을 투여하지 않으면 개조된 표피포도상구균은 살 수 없습니다.

그리고 더욱 중요한 것은 필요한 때에 인슐린을 분비하는 구조를 도입하는 것인데, 연구팀의 일원이며 스탠포드대학의 생물공학자인 카이샤 벤자민 씨는 연구를 반복하여 포도당 농도에 반응시켜 mRNA 수준을 증가시키는 여러 유전자를 확인했습니다. 다음으로 포도당을 검지하는 구조와 관련된 프로모터 영역을 찾고 있다고 합니다. 이 프로모터 영역을 표피 포도상구균의 게놈에 추가한 인슐린 발현 유전자의 상류에 배치하면 혈당치가 너무 높을 경우에만 세균이 적절한 양의 인슐린을 전달하게 됩니다.

이 연구 프로젝트는 2013년부터 10년간 계속되고 있지만 현재 많은 과제가 남아 있습니다. 하나는 인슐린 생산량이 예상보다 적다는 것입니다. 또 유전자 조작된 박테리아로부터 생성된 인슐린이 모든 사람에게 효과가 있는지도 불분명합니다.

모든 과제를 달성하더라도 이 피부상재균을 이용한 치료법이 실용화되기 위해서는 규제당국의 승인을 얻어야 하며, 그 목표를 달성하기까지는 엄청난 규모의 비용이 듭니다. 다만 치료법이 충분히 보급되어 제약회사들의 경쟁이 활성화되면 비용도 억제될 수 있다고 기대됩니다.