식물 세포 소기관인 엽록체를 이용하여 백신, 의료용 단백질, 항체 등 유용한 바이오물질을 대량생산하는 기술

식물에서 바이오물질을 생산할 경우 독소가 생성될 위험이 적고 엽록체는 많은 양의 바이오물질을 생산 및 저장할 수 있어 대량생산이 가능

향후 5년 : 엽록체의 외래 RNA 안정성 향상을 통한 바이오물질 생산 증가엽록체 내부 단백질공학을 통해 외래 유전자 발현율 증가

향후 10년 : 백신 등 유용물질 생산 식물을 제작하여 사료의 형태로 동물에게 섭취시켜 전염병 예방엽록체 및 엽록체 유사기관에 요소기술을 적용하여 바이오물질 생산 최적화

1) 엽록체 타겟형 유전자 발현기술 - 식물 세포 내부에 외래 유전자를 도입할 경우 세포 소기관으로 이동하지 않는 경우가 대부분이기 때문에 엽록체 내부로 유전자를 전달할 수 있는 기술 개발 2) 엽록체 타겟형 유전자 발현 안정화기술 - 엽록체는 외래 단백질을 생산하여 고농도로 축적시킬 수 있지만, 외래 유전자를 인식하고 분해하는 특성이 있어 이를 억제하는 기술 개발 - 식물 세포 내부에 안정화 단백질을 발현시켜 엽록체 내부 RNA의 안정성을 향상시키는 기술 3) 엽록체 단백질 추출기술 - 엽록체에서 발현시킨 단백질 등의 바이오물질을 고순도로 추출할 수 있는 기술

식물 유전자 공학이 발전하고 있지만 대부분의 연구가 세포핵에 집중되어 있음. 하지만 식물 세포 소기관의 경우 외래 단백질을 축적하는 등 독특한 기능이 있어 이를 활용할 수 있다면 다양한 분야에서 응용이 가능

PRR10 단백질을 이용하여 엽록체 내부에 발현시킨 외래 RNA의 안정성을 크게 증가시키는 기술 개발 - 담배를 이용한 실험의 경우 기존의 방식보다 약 40배 향상된 생산성을 보임 감자 괴경에 있는 amyloplast를 이용하여 외래 단백질을 발현시켜 단백질 저장성을 높이는데 성공 - 감자의 괴경에서 기존 보다 약 60배 저장성이 높은 단백질을 발현시키는데 성공

대학 및 기업에서 백신을 식물에서 생산하려는 연구가 추진 중 - 지플러스생명과학, 포항공대 황인환 교수팀 등 국내 연구진들이 연구 개발하여 백신, 항암제 등 개발 중 하지만 식물의 세포 소기관을 이용한 국내연구는 초기 단계

2020년 식물기반 바이오소재의 시장규모는 약 2,500억 달러로 예상의약용 단백질 시장은 최근 빠르게 증가하고 있어 2001년 이후 5년마다 각각 3배, 4.5배 증가형질전환 식물을 이용한 경구용 백신 생산은 전세계적으로 연구되고 있으며, - Plant Biotechnology, Dow AgroScience, Thomas Jefferson 등의 회사에서 담배, 시금치, 감자 등을 이용하여 항원을 생산하였고 임상시험 중에 있어 향후 해당 분야 발전이 예상 * 출처 : Biosafety, vol.10, 2009

식물에 백신과 같은 의료용 단백질을 고농도로 생산할 경우, 식품을 섭취하듯이 백신의 경구투여를 통해 면역반응을 유도할 수 있어 의학, 수의학 분야에 파급효과가 클 것으로 예상식물 세포 소기관을 이용한 기반 기술의 발전은 의료용 단백질 생산뿐 아니라 세포 소기관에 대한 이해도를 높여 향후 식물 개량 및 신품종 개발 연구에 직, 간접적인 도움을 줄 것으로 기대

엽록체 내부에 외래 단백질을 고농도로 발현시킬 경우 식물의 성장 및 발달이 저해되는 등의 부작용이 종종 발생하기 때문에 이러한 문제해결 필요식물 종마다 서로 다른 특성을 가지고 있으므로, 엽록체 바이오공장이 효율적으로 만들어지는 품종 선정 필요

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