지난 1980~2012년 미국식품의약국(FDA) 승인을 받은 항생제 73%와 항암제 49%, 신약 32 %가 천연제품이나 관련 상품으로 현대 의약에서 필수불가결한 제품임을 입증했다.

천연제품과 관련 있는 치료제로서 성공적인 종은 균류며, 가장 널리 사용되는 항생제인 페니실린이 대표적인 예다. 이외에도 광범위한 장기이식을 가능하게 하는 면역억제제인 사이클로스포린을 비롯해 콜레스테롤 저하제로 쓰이는 스타틴 계열 초기상품인 로바스타틴 등이 있다.

효모의 경우, 맥주와 치즈에서부터 산업용 화학물질, 바이오연료 및 의약품에 이르기까지 많은 분야에 걸쳐 도움을 주는 중요한 균류의 일종이다. 따라서 다양한 방식으로 효모가 연구되고 있으며, 새로운 시도가 다각적으로 이뤄지고 있다. 기본적인 접근방법이라면 실질적인 제조공정에서 사용할 수 있는 효모개발과 효모제품 찾기에 도움이 되도록 제안하고 있다.

효모의 분산-발생 가설

지난달 왕립학회 '프로시딩 B: 생물과학' 저널에 공개된 메이든 연구팀 연구는 분산과 발생 가설을 소개했다. 사실 많은 효모 종들이 곤충과 마찬가지로 설탕(탄수화물) 공급원에 의존하는 경향을 보이고 있다. 결국 단것을 좋아하는 곤충이나 벌레의 주요 수행업무는 음식을 찾는 것. 향기롭고 달콤한 꿀을 가진 꽃은 가장 잘 알려진 먹이 출처지만, 다른 리소스는 그 위치가 명확하지 않아 찾기가 어렵다.

이동성이 제한된 효모는 설탕이 있는 곳을 방문한 곤충에 붙어 이를 분산시키는 방법으로 설탕을 이용한다. 이 연구의 저자는 이를 돌연변이 진화 혹은 곤충과 효모 사이에 일련의 확산 돌연변이가 있다고 가설을 내놨다.

즉, 진화 초기 단계에서 효모는 생화학적 경로를 발전시켜 당류로부터 에너지를 추출하고 부산물로 휘발성 화합물을 생성했다는 것이다. 이러한 휘발성 물질은 당분 존재를 알려주며 부산물인 알코올은 곤충을 끌어당기는 에너지원이 된다.

또한 효모는 대사효소에 의해 생성된 화합물을 검출하고 설탕 공급원을 찾도록 능력이 진화됐다. 효모는 자유로운 이동으로부터 이익을 얻고, 곤충은 그들 나름대로 효모가 알려주는 설탕의 근원을 알게 되는 매커니즘이다. 최근 연구원들은 이 둘 사이의 공생 관계를 밝혀냈다.

산업화 전망

곤충과 효모 모두 설탕을 섭취하고 이를 수집한다. 설탕을 먹는 효모에 의해 방출되는 휘발성 화학물질은 이 냄새를 맡아 설탕의 진원지를 찾을 수 있는 곤충의 진화로 우세해졌다. 반대로 진화는 휘발성 화학물질을 생산하는 효모를 선호했는데, 곤충의 도착이 효모를 새로운 위치로 옮겨 도달 범위를 확장하기 때문이다. 새로운 연구는 이런 현상이 하나 또는 두 종에 국한되지 않는 보편적인 것으로 효모와 곤충 사이의 현상이 있음을 시사하고 있다. 이는 효모를 이용하는 산업, 특히 과일향을 선호하는 식품 및 음료 시장에서 효모의 꽃향기를 이용할 수 있는 산업에 높은 영향력을 가지고 있다.

실질적으로 효모와 연계된 시장은 30억 달러(약 3조 3700억원) 이상의 가치를 평가받고 있지만, 아직 몇 개의 효모 종류만으로 사용이 지극히 국한돼 있다. 더 많은 효모 종이 고수익 제품을 제안하지만 현재까지 산업적으로 이용되지는 않고 있다.

업계에 적용할 수 있는 것으로 알려진 효모는 최소 1,500개다. 어떤 효모가 곤충의 가치를 가장 잘 인지할 수 있는지 여부를 아는 것이야말로 수익성 있는 산업을 결정짓는다.

효모와 곤충 관계에 대한 더 깊은 이해는 이들 생태계와 진화에 대한 이해를 가능하게 한다. 업계는 널리 적용할 수 있는 다양한 기질을 사용할 수 있는 스트레스에 저항력을 가진 효모가 필요한데, 곤충 연구가 도움이 될 수 있다.

미지의 곰팡이로 만든 제품

효모를 포함한 균류는 페니실린, 사이클로스포린 및 스타틴과 같은 FDA 승인을 받은 천연제품 원천임을 앞서 소개했다. 하지만 균류 대부분의 메타게놈은 잘 드러나지 않고 있다.

최근 사이언스 언드밴스 저널에 실린 하비 박사 연구팀의 두 번째 연구에 따르면, 이형발현(HEx)은 사카로마이세스 세레비지애에서 균류 생합성 유전자와 그 대사산물을 신속하고 탄력적인 방식으로 합성한 생물학적 플랫폼이다.

환경 샘플 시퀀싱으로 구성된 메타게노믹 시퀀싱은 지구상에 존재할 가능성이 높은 5백만 가지 이상의 곰팡이 종을 알려주는데, 각 종은 80가지 천연산물의 생합성 경로를 암호화한다.

하지만 특정 환경 샘플에서 곰팡이 일부만이 제한된 실험실에서 배양될 수 있다. 심지어 이런 조건에서 배양될 수 있는 종 내에서도 대부분은 게놈 생합성 유전자 클러스터에 아무런 반응이 없거나 미미한 수준으로 발현된다.

한편, 이 연구는 차세대 상업용 곰팡이 천연 제품 발견을 위해 진행됐다.

[researchpaper 리서치페이퍼=심현영 기자]