치료제 단백질 제조

치료제 단백질 제조

단백질은 생명체를 유지하는 원료이다. 우리 몸은 실제로 많은 다른 단백질로 이루어져 있다. 이들 각각의 정보는 유전자에 의해 암호화되어 있다. 때때로 인간은 필요한 단백질을 만들지 못하기도 한다. 아마도 이들은 선천적으로 단백질에 대한 결함이 있는(돌연변이체) 유전자를 가지고 있을지도 모른다.

 

이것은 혈우병 A(hemophilia A)의 원인이 되는데 그것은 혈우병의 가장 전형적인 형태이다. 이들 환자(대부분이 소년)들는 VIII 인자(VII Gactor)에 결함있는 유전자를 선천적으로 가지고 태어난다. VII 인자는 정상적인 혈액응고에 대해 필수적인 단백질이다. 다른 경우에 있어서 단백질을 정상적으로 만드는 세포가 결실되어 있거나 손상되어 있다. 이것은 당뇨병 (diabetes)의 일반적인 형태에서 일어난다. 췌장의 베타세포가 파괴되었거나 더 이상 인슐린(insulin)을 제조하지 못한다. 인슐린은 혈당치를 조절하는 데 필요한 호르몬이다. 왜 외부의 원천으로부터 결실된 단백질을 대체하지 않는가? 결실된 단백질의 정기적인 주사가 많은 혈우병 환자와 당뇨병 환자를 살아갈 수 있게 한다(경구로 투여된 어떤 단백질이 장내에서 소화되기 때문에 분자는 반드시 주사에 의해야 한다).

최근까지 사람에게 처방된 모든 인슐린은 도살된 암소와 돼지의 췌장에서 정제되었다. 비록 돼지나 암소의 분자가 사람의 분자와 동일하지 않더라도 사람의 분자가 할 수 있는 일 일을 돼지나 암소의 분자가 할 수 있을 만큼 충분히 유사하다. 그러나 이들 분자의 아미노산 서열이 사람의 것과 다소 다르기 때문에 환자는 그것들에 대한 면역반응을 나타내 그것들의 효과를 감소시킬 것이다.

VII 인자는 너무 오래 저장되어서 수혈에 사용될 수 없는 기증된 혈액의 혈장에서 만들어졌다. 불행하게도 1970 년대에서 1980년대 초기에 어떤 기증된 혈액이 AIDS를 유발하는 바이러스인 HIV에 의해 오염되었다. 그 바이러스는 VIII 인자의 제조과정에서 감염되어 있었다. 이러한 문제를 인식하기 이전에 많은 혈우병 환자들은 수혈이 생명을 위협하는 것이 아니라 생명을 구하는 것이라 생각하여 그들 자신에게 주사했을 때 HIV에 감염되었다. 그러한 이유로 대부분이 AIDS로 인해 사망했다. 만약 제약회사에서 이들 단백질을 제조할 수 있다면 이들 문제를 피할 수 있을 것이다. 그러나 단백질은 아스피린과 유사하지 않다.

 

인슐린 (51개의 아미노산으로 된)과 같은 단순한 단백질조차도 너무 복잡해서 보통의 화학적인 방법으로 유용한 양을 합성하기가 어렵다. 그러나 재조합 DNA 방법에 의해 이 문제가 해결되었다. 이 작업은 단순히 유기체내에 인슐린이나 VI 인자에 대한 사람의 유전자를 도입하는 것 중의 한 방법이다. 그 유기체는 (1) 공장에서 큰 통에 배양할 있으며, (2) 유용한 양의 단백질을 생산하기에 충분한 사람의 유전자를 발현시킬 수 있다.

 

 

대장균에서 단백질 제조

인슐린은 재조합 DNA 방법에 의해 만들어진 최초의 사람 단백질이다. 사람의 인슐린에 대한 유전자를 높은 수준에서 발현되는 대장균의 게놈내에 결합시켰다. 즉 사람의 인슐린에서 효과적으로 전사되고 해독된다. 유전적으로 조작된 많은 수의 박테리아는 큰 통에서 자라며, 그들 인슐린은 수확되고 정제된다. 오늘날 우리는 어느 약국에서나 재조합된 유전자에서 사람의 인슐린을 구입할 수 있다.

 

다른 많은 사람의 단백질은 유전적으로 조작된 대장균에서 만들어진다. 어떤 것은 처방되어 이미 유용하게 사용되고 있으며, 다른 것은 철저한 검사를 거친 후 사용된다. 사람의 유전자로 형질전환된 대장균(E. coli)은 다음과 같은 것을 제조하는 데도 사용된다.

1. 사람 성장호르몬

191개의 아미노산으로 이루어진 이 단백질은 잠재성 왜소증을 치료하는 데 사용된다. 즉 어린이의 뇌하수체가 충분한 성장호르몬을 생산하지 못하기 때문에 어린이는 정상적으로 성장하지 못한다. 재조합 성장호르몬의 출현 이전에 이 어린이들은 인간의 시체에 있는 뇌하수체에서 만들어진 호르몬에 의존해 왔다. 몇몇 환자들은 오염된 선(腺)에서 기인된 극히 드문 신경성 질환으로 사망했을 때 이 호르몬의 공급을 중단했다. 그러나 재조합 성장호르몬은 그러한 위험성이 없다.

2. 바이러스성 감염, 암, 그리고 면역체계의 장애를 치료하는 데 사용되는 단백질인 인터페론(interferon)의 세 가지 종류.

 

3. 면역체계의 작용을 향상시키는 단백질인 인터루킨(interleukin).

 

4. Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor(GM-CSF) 이 단백질은 방사선 또는 그들이 받는 화학요법에 의해 골수가 손상된 암환자의 회복을 빠르게 한다. GM-CSF는 몇가지 유행의 감염과 싸우는 백혈구의 생산을 자극시킨다.

진핵세포에서 당단백질 제조 많은 사람의 단백질은 당단백질이다. 즉 당단백질은 어떤 아미노산에 첨가된 짧은 사슬의 탄수화물을 갖는다. 비록 대장균이 사람 유전자를 적당한 아미노산고 해독할 수 있다 할지라도 그것은 탄수화의 서열로 전사하고 해독할 수 있다 할지라도 그것은 탄수화물을 단백질에 첨가시킬 수 없다. 어떤 경우에 있어서 이것은 문제가 되지 않는다. 정상적인 탄수화물이 없어도 단백질은 제 기능을 수행한다. 그러나 다른 경우에 있어서 단백질은 탄수화물이 없으면 기능을 발휘할 수가 없다.

진핵세포는 당단백질을 만드는 데 필요한 장치(소포체와 골지체)를 가지고 있다. 그래서 만약 사람의 유전자가 진핵세포에서 기능을 발휘할 수 있다면 그 문제는 해결될 것이다. 효모는 진핵세포이며 마치 대장균(그것은 양조자들이 맥주를 만들기 위해 하는 일이다)과 같이 큰 통에서 자랄 수 있다. 효능있는 항종양제인 사람의 종양 괴사 인자(tumor necrosisfactor, TNF)는 유전적으로 조작된 효모에 의해 성공적으로 합성된 당단백질이다. 그러나 효모세포는 항상 사람의 단백질에 정확하게 당을 첨가하지만은 않는다. 그래서 다수의 사람 당단백질은 배양하여 자란 포유동물세포에 의해 만들어져야 한다. 다시 그 세포는 사람의 유전자에 의해 성공적으로 형질전환되어야 한다. 이러한 방법으로 만들어진 재조합 사람 단백질은 다음과 같다.

1. VII 인자

이 거대한 단백질(2,332개의아미노산을 포함)은 재조합 DNA 방법에 의해 이제까지 만들어진 최대의 사람 단백질이다. 이것은 HIV에 의해 우연한 감염 가능성이 없이 필수적인 응고 인자로써 혈우병 환자에게 제공되리라 기대된다.

2. 조직 플라스미노겐 활성화 인자(tissue plasminogen activator, TPA)

이 단백질은 혈액의 응고를 용해시킬 수 있다. 심장에 침범한 후 곧바로 발병했을 때 이 단백질은 심장에 피를 흐르게 하여 회복시키고 손상을 최소화시킬 수 있다.

 

3. Erythropoietin(EPO)

EPO는 적혈구의 형성을 자극하는 단백질성 호르몬이다. 이것은 신장에서 정상적으로 만들어지고 골수가 보다 많은 적혈구(출혈 후 또는 산소가 부족한 고도로 이동할 때)를 필요로 하는데 반응할 수 있게 한다. 신장질환이 있는 많은 환자들은 인공신장에 의해 생명을 유지시켜 왔다. 그러나 이들 기계장치는 단지 혈액의 찌꺼기를 깨끗이 하는 구실을 할 뿐이다. 이것은 신장의 EPO- 제조 기능을 대신하지 못한다. 따라서 신장 투석 환자들은 적혈구가 결핍된 빈혈증(anemia)으로 고통을 겪는다. 재조합 인간 EPO는 현재 유용성이 있고 이들 환자를 위한 생명의 질이 대단히 개선되었다. 몇몇 약제들은 AIDS 환자를 치료하는 데 사용된다. 예를 들면 azidovudine(AZT로 알려짐)은 부작용으로써 빈혈을 유발한다. 재조합 사람 erythropoietin(rhEPO)는 질병을 일으키는 많은 문제들 중의 하나인 AIDS를 극복하려는 AIDS 환자에게 도움을 준다.