폭염의 여름날이다. 당신은 통통하고 차가운 오렌지를 물었다. 감귤 주스가 입안에서 상쾌하고 따끔거리는 파열로 폭발한다. 그리고 축하한다. 최신 바이러스에 대한 예방 접종을 받으셨다.  

그것은 식물이 약과 백신을 합성하게 하는 비전인 분자 농업의 목표 중 하나다. 유전공학과 합성 생물학을 사용하여 과학자들은 완전히 새로운 생화학적 경로를 식물 세포 또는 전체 식물에 도입하여 본질적으로 이를 일회용 생물 반응기로 전환할 수 있다.

전체 아이디어는 복고풍 미래 공상 과학 소설 분위기를 가지고 있다. 1986년에 처음 고안된 분자 농업은 30년 후 FDA가 인간이 지방 분해를 방해하는 유전 질환인 고셔병을 치료할 수 있는 최초이자 유일한 식물 유래 치료 단백질을 승인했을 때 부스트를 받았다.

하지만 퀘벡의 라발 대학교와 텍사스의 갤버스턴 국립 연구소의 Hugues Fausther-Bovendo와 Gary Kobinger 박사들는 이제 막 시작했다. 지난 주 Science에 발표된 새로운 관점의 기사에서 두 사람은 식물이 오랫동안 생물제조를 위한 자원으로 간과되어 왔다고 주장한다.

식물은 지속 가능하고 환경 친화적인 동시에 다른 약물 제조 공정을 괴롭히는 일반적인 형태의 오염에 저항하고 성장하기에 저렴하다. 생성된 치료 단백질 또는 백신은 종종 종자 또는 기타 식물 세포 구성요소 내부에 저장되며, 저장을 위해 쉽게 탈수될 수 있습니다. 초저온 냉동고 또는 멸균 캐리어가 필요하지 않다.

그들은 또한 빠르게 작동한다. 캐나다 회사인 Medicago는 단 3주 만에 바이러스의 외부 층을 모방하여 면역 반응을 자극하는 코로나19 백신 후보를 생산했다. 백신은 현재 후기 임상 시험 단계에 있다.

더 사나워지면 식물 자체가 식용 약으로 바뀔 수 있다. 당뇨병 환자는 인슐린 주사 대신 토마토만 먹어도 된다. 독감에 걸리지 않고 신선하고 달콤한 옥수수를 씹을 수 있다. 분자 농업의 유치는 DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)가 식물성 백신을 최적화하기 위해 3개의 대규모 시설에 자금을 지원하도록 장려했다.

그리고 우리가 화성에 간다면 식물을 재배하는 것이 전체 제약 회사를 설립하는 것보다 훨씬 쉽다.

"분자 농업은 인간과 동물의 건강 모두에 상당한 영향을 미칠 수 있다."고 저자들은 말했다.

현재 대안은 무엇일까?

마약을 만들기 위해 다른 생명체를 납치하는 것은 새로운 일이 아니다.

과학자들이 가장 좋아하는 유전공학 배지이자 양조업자의 가장 친한 친구인 일반 효모를 예로 들어 보겠다. 벡터라고 하는 새로운 유전자를 운반하는 작은 원형 "우주선"을 사용하여 과학자는 이러한 동물에 대한 완전히 새로운 생화학적 경로를 만들 수 있다. 최근 한 연구에서 스탠포드 팀은 인간의 근육, 땀샘 및 조직에 광범위한 영향을 미치는 분자를 화학적으로 조립하기 위해 효모의 DNA에 34가지 변형을 가했다.

약물, 항체 및 백신을 합성하기 위한 다른 매체는 이국적인 곤충 세포에서 계란과 같이 약간 더 평범한 것에 이르기까지 무지개 숙주에 의존해 왔다. 예를 들어, 독감 백신은 닭고기 달걀에서 배양되며, 이는 면역 체계를 자극하는 데 도움이 되도록 약독화된 바이러스의 성장을 지원한다. 다가오는 코로나19 백신도 마찬가지이다.

그러나 맥주, 와인, 콤부차 등 가정에서 양조하는 불행한 경험을 한 적이 있다면 관련된 위험을 본능적으로 느낄 것이다. 오늘날 바이오 제조를 위해 효모나 포유류 세포를 사용하는 것이 일반적이지만 비용이 많이 드는 작업이다. 세포는 엄격하게 통제되는 시설 내부의 거대한 회전 주전자를 채운다. 작업은 전체 탱크를 낭비할 수 있는 위험한 질병 유발 버그인 인수공통전염병 병원체의 지속적인 위협을 받고 있다.

식물 기반 대안

식물을 대체 바이오 팩토리로 사용하는 것은 간단한 계산으로 시작되었다. 저렴하고 재배하기 쉽다. 식물은 빛, 물, 흙의 세 가지만 있으면 된다. 기분이 좋으면 비료를 추가하라. 온실은 필요한 경우 스테인리스강 생물반응기보다 훨씬 경제적이다. 

그러나 과학자들은 곧 다른 이점을 깨달았다. 하나는 경험이다. 인류의 벨트 아래에 있는 수천 년의 집단 농업 노하우를 통해 항체를 생성하는 담배 잎, 항독소 감자 또는 헤르페스 백신 제조 대두를 재배하는 가장 좋은 방법을 비교적 쉽게 측정할 수 있다. 개발 도상국에서는 특별한 장비가 필요 없이 현장이나 수직 스택에 심기만 하면 된다. 수확하려면 식물을 부수고 주스에서 약물을 추출한다. 또는 약물을 함유한 식물의 건조한 부분을 저장 및 운송을 위해 분말로 간단히 동결시킨다. 전체 프로세스는 경제적이고 지속 가능하다.

유전자 편집 도구의 최근 붐을 추가하면 분자 농업이 진행되고 있다. 이 과정은 유전자 변형(GM) 작물과 유사하다. 그것은 단백질이나 백신을 만들기 위한 유전 코드를 가지고 있는 전체 식물 또는 식물 세포에 벡터를 도입하는 것으로 시작한다. 벡터의 유형에 따라 새로운 DNA는 식물 자체의 게놈에 통합될 수 있다("안정된 발현"이라고 함). 또는 식물이 단백질 제조 지침을 수행할 수 있을 만큼 충분히 오랫동안 떠다닐 수 있다.

식용 백신

아마도 가까운 장래에 분자 농업의 가장 감질나는 약속은 백신이 들어 있는 작물일 것이다. 

백신을 먹는다는 생각이 당신을 역겹게 한다면, 선례가 있다. 약화된 바이러스를 식용으로 포함하는 소아마비 백신은 한때 바이러스를 제거하는 데 널리 사용되었다. 그러나 세기의 전환기에 6년이라는 기간 동안 B형 간염, 광견병, 노로바이러스에 대한 수많은 식물성 식용 백신이 그 목표의 선구자이자 순교자가 되었다. 저자들은 “면역 반응을 일으킨 면역된 개인의 비율은… 실망스럽게도 표준 백신을 투여한 임상 시험보다 낮았다”고 말했다.

변화하고 있다. CRISPR 및 기타 정밀 유전자 편집 도구의 등장으로 "식물성 식용 백신은 이제 의미 있는 면역 반응을 생성할 수 있다." 최근 몇 가지 테스트에서는 벼, 곡물 또는 옥수수에서 추출한 식용 식물성 백신을 추가로 사용하여 백신 주사를 첫 번째 접종으로 사용하려고 시도했다.

현재 식용 식물 기반 치료제는 아직 전임상 개발 단계에 있다. 기술적으로 가능하더라도 장애물과 시위에 부딪힐 가능성이 높다. GMO에 대한 현재의 적대감은 계속될 수 있다. 안전한 제조를 위한 비용과 프로토콜이 마련되어야 한다.

그러나 분자 농업은 또한 점점 더 격동하는 기후에 대한 영향을 최소화하면서 치료적 접근을 위한 훌륭한 평형 장치가 될 수 있다.

저자에게 핵심은 앞을 내다보는 것이다. "경제적 매력이 분자 농업으로 균형을 전환할 때까지 제약 단백질의 제조는 현재 생산 시스템에 의해 계속 지배될 수 있다."라고 그들은 말했다.

 이미지 출처: Rinaldo Imperiale / Pixabay