서로 다른 식물이 동일한 약효 성분을 만든다?
국제 연구진이 아이페카크 알칼로이드의 생합성 경로를 규명했습니다. 두 종의 식물이 동일한 약효 성분을 전혀 다른 방식으로 만들어낸다는 사실이 밝혀져 생합성의 진화와 대량 생산 가능성에 큰 실마리를 제공하고 있습니다.
아이페카크 알칼로이드란 무엇인가
구토 유도제로 알려진 성분
아이페카크 알칼로이드는 전통적으로 구토 유도제로 쓰이던 ‘아이페카크 시럽’의 주요 성분으로, 세파엘린과 에메틴이 대표적입니다. 이 물질들은 항암 효과와 같은 다양한 생리활성을 지닌 것으로 알려져, 의약학적 응용 가능성이 큽니다.
두 식물에서 동일 성분을 생산
이 성분은 Carapichea ipecacuanha와 Alangium salviifolium이라는 서로 친척 관계가 거의 없는 두 식물에서 모두 발견됩니다. 이들은 같은 화합물을 만들어내지만 시작 물질과 해당 효소는 각각 독립적으로 진화한 것으로 나타났습니다.
하나의 물질, 서로 다른 경로
생합성 경로는 유사하지만 독립 진화
연구진은 각 식물의 유전자와 효소를 분석한 결과, 두 식물 모두 프로토에메틴이라는 전구체로부터 아이페카크 알칼로이드를 만들어낸다는 사실을 확인했습니다. 그러나 이에 이르는 과정에서 사용되는 생화학적 경로와 효소군은 전혀 달랐습니다.
동일한 결과, 다른 기원
이러한 차이는 분명한 독립 진화의 증거로, 동일한 물질을 만들기 위해 자연이 여러 해답을 선택했다는 사실을 보여줍니다. 이는 자연물 생합성 경로 전반에 대한 이해를 넓히는 데 중요한 단초가 될 수 있습니다.
예기치 못한 효소와 진화 원리 발견
새로운 당 절단 효소의 역할
이번 연구에서는 기존의 생합성 경로 이론으로는 설명되지 않는 현상도 드러났습니다. 바로, 반응 초입 단계가 효소 없이 자발적으로 일어나며, 일반적인 자연물 생합성과 거리가 있던 새로운 타입의 당 절단 효소가 작용한다는 점입니다.
방어 기작으로서 공간적 분리
연구진은 이 효소가 세포핵 안에 위치하고, 기질은 액포에 존재한다는 점에도 주목했습니다. 두 물질이 평소에는 분리되어 있다가, 식물이 손상될 때만 독성이 발생하는 구조는 식물의 대표적인 방어 기작과 일치합니다.
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의학적 활용 가능성과 미래 전망
항암 물질 대량 생산의 실마리 될까
아이페카크 알칼로이드는 강력한 생물학적 효과에도 불구하고 생합성 경로가 복잡해 대량 생산이 어려웠습니다. 이번 연구는 모델 식물에 유전자를 삽입해 경로를 재구성함으로써 합성 기반 개발의 가능성을 열었습니다.
프로토에메틴 이후 경로는 아직 연구 중
현재까지는 프로토에메틴까지의 생합성 단계만 밝혀졌으며, 세파엘린과 에메틴으로 이어지는 마지막 과정은 추가 연구가 필요한 상태입니다. 이 과정이 규명되면 상업적 생산이 현실화될 수 있습니다.
핵심 요약
- 아이페카크 알칼로이드는 전혀 관련 없는 두 식물에서 독립적으로 생성됨
- 반응 초기 단계는 효소 없이 자발적으로 일어나며, 전례 없는 당 절단 효소가 관여
- 두 성분은 공간적으로 분리돼 있다가 식물 손상 시 독성 발현
- 향후 항암물질의 대량 합성에 활용 가능성 있음
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