피부 상재균으로 인슐린 생성‧체내에서 상시 공급한다?

혈당치를 낮추는 호르몬, 인슐린 분비가 잘 되지 않거나 인슐린 효능이 나빠지거나 하면 고혈당이 정상화되어 다양한 문제나 질병을 일으키는 당뇨병 원인이 된다. 따라서 당뇨병 진행에 따라선 인슐린을 주사할 필요가 있지만 인슐린을 분비할 수 있도록 유전자 개조한 피부 상재균을 체내에 도입해 자동적으로 인슐린을 체내에 공급하는 새로운 치료법 연구가 주목받고 있다.

2010년 분자생물학자인 크레이그 벤터 등 연구팀은 컴퓨터에 기록된 박테리아 게놈 정보를 바탕으로 실제로 게놈을 포함한 DNA를 합성하고 효모에 이식해 합성 생명을 전 세계에서 처음으로 만드는데 성공했다. 캘리포니아대 샌디에이고 소아과 명예 교수인 알버트 하이에크는 이 논문을 읽고 큰 충격을 받아 이것으로 인슐린을 생성하는 세균을 만들 수 없을까 아이디어를 생각해냈다고 한다.

인슐린은 췌장 내 조직을 만들어지는 호르몬이지만 어떤 이유로 이 호르몬이 체내에서 만들 수 없게 되면 혈당치를 낮출 수 없게 되기 때문에 당뇨병 원인이 된다. 그 중에서도 1형 당뇨병은 태어나면서 인슐린 분비부전을 안고 있기 때문에 평소에도 인슐린 주사가 필요하다.

하지만 미국에선 여러 이유로 인슐린 가격이 상승하고 있으며 당뇨병 환자 생활비가 압박되고 있다는 문제가 있다. 하이에크 교수가 논문을 읽은지 1년 뒤인 2011년 집 근처에 벤터가 운영하는 J.크레이그벤터연구소가 건설됐다. 하이에크 교수는 연구소에 연락해 당초 줄기세포를 사용한 연구를 계획하다가 면역학자와 상담해 피부 표면 상재균을 사용하는 아이디어가 제안됐다고 한다.

2013년 피부에 상재하는 세균이 표피 뿐 아니라 표피보다 2mm 깊은 체내에서도 서식하고 있어 일부가 결함과 상호 작용할 가능성이 있다는 연구 결과를 발표했다. 다시 말해 이 표피 상재균 DNA를 개변해 혈당치 상승을 감지하면 인슐린을 분비하는 걸 프로그래밍하면 자동으로 인슐린이 분비되는 시스템을 몸에 도입할 수 있다는 것이다.

연구팀은 피부 상재균 중 하나인 표피 포도상구균 DNA를 바꾸고 한 아미노산 사슬로 이뤄진 인슐린 유사체를 발현하는 유전자를 통합했다. 이 인슐린 유사체는 신체에서 생성되는 인슐린과 유사하게 작동하지만 표피 포도상구균 서식에 적합한 온도에서도 안정적인 게 특징이다.

또 이 표피 포도상구균에 이상이 일어났을 경우나 타인에게 감염될 경우에 대비할 필요가 있다. 따라서 연구팀은 DNA를 구성하는 뉴클레오사이드 종인 티미딘을 합성하는데 필요한 유전자를 표피 포도상구균 DNA로부터 배제했다고 한다. 따라서 외부에서 티미딘을 투여하지 않으면 개조된 표피 포도상구균은 살 수 없다.

더 중요한 건 필요할 때 인슐린을 분비하는 구조를 도입하는 것. 연구팀은 연구를 거듭해 포도당 농도에 반응시켜 mRNA 수준을 증가시키는 여러 유전자를 확인헀다. 다음으로 포도당을 검지하는 구조와 관련한 프로모터 영역을 찾고 있다고 한다. 이 프로모터 영역을 표피 포도상구균 게놈에 추가한 인슐린 발현 유전자 상류에 배치하면 혈당치가 너무 높을 경우에만 세균이 적절한 양 인슐린을 전달하게 된다.

이 연구 프로젝트는 2013년부터 10년간 계속되고 있지만 현재 많은 과제가 남아 있다. 하나는 인슐린 생산량이 예상보다 적다는 것. 또 유전자 조작된 박테리아로부터 생성된 인슐린이 모든 이들에게 효과가 있는지도 불분명하다.

또 예를 들면 모든 과제를 달성해도 이 피부 상재균을 이용한 치료법이 실용화되려면 규제 당국 승인을 얻어야 하며 목표를 달성하기까지 시간과 노력, 예산에 엄청난 비용이 든다. 다만 치료법이 충분히 보급되어 제약사간 경쟁이 격화되면 비용도 억제될 수 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.