재조합단백질 대량 생산에 필요한 다양한 응용 연구에 활용

계란을 이용한 바이오의약품 등 생산 연구에 큰 도움 될 것

계란을 이용한재조합단백질 대량 생산 연구

재조합단백질 생산 연구에 필요한 닭 난관 팽대부의 상피세포를 분리하여 체외에서 배양하는 기술을 농촌진흥청 국립축산과학원이 확립했다고 밝혔다. 계란이 만들어지는 난관은 정자와 난자가 만나 수정이 이루어지는 생식기관으로 난관채, 난관 팽대부, 난관협부 3개의 부위로 나누어져 있다.

특히 난관 팽대부는 짧은 시간 동안 많은 양의 계란 단백질을 생산할 수 있어 계란을 이용한 바이오의약품 등 재조합단백질 대량 생산 연구에 핵심 조직으로 알려져 있다. 닭 난관 상피세포는 닭에서 직접 세포를 분리해 연구에 이용하고 있는데, 그동안 분리와 배양이 원활치 않아 어려움이 있었다.

연구진은 난관 팽대부 내부 조직에 효소를 처리해 상피세포를 분리하여 체외 배양에 성공했다. 기존에 사용하던 소 혈청이 아닌, 닭 혈청을 이용해 상피세포를 배양한 결과, 난관 조직에서 특이적으로 발현되는 오브알부민의 발현을 확인했다. 이는 난관에서 분리한 상피세포가 체외 배양에서도 난관 조직의 특성을 유지하고 있음을 의미한다.

소 혈청이 포함된 배양액을 이용했을 때는 난관의 상피조직 유래세포보다 다른 세포가 빠르게 증식돼 닭 난관 상피세포만을 활용하기 어려웠다. 이번에 확립한 닭 난관 상피세포 체외 배양 기술은 재조합단백질 대량 생산에 필요한 프로모터 개발 등 다양한 응용 연구에 직접 활용할 수 있다. 이번 연구 결과는 국제 학술지인 ‘애니멀 바이오사이언스(Animal Bioscience)’ 2021년 8월호에 게재됐다.

농촌진흥청 국립축산과학원 류재규 동물바이오공학과장은 “이번에 확립한 닭 난관 상피세포의 분리와 체외 배양 기술은 계란을 이용한 바이오의약품 등 재조합단백질 생산 연구에 큰 도움이 될 것으로 기대된다.”라고 말했다.

닭 난관 상피세포 분리 및 배양 기술

1. 닭 난관팽대부 내부와 분리한 세포 모습

사진 1. 난관 팽대부 전자현미경 사진

닭 난관 팽대부 내부 단면을 떼어낸 다음 고르게 손질하고 효소처리를 하여 세포를 분리했다. 분리한 세포는 닭 혈청이 포함된 각질형성세포(Keratinocyte) 배양액으로 배양했다.

2. 분리한 세포에서 오브알부민 단백질 발현 확인

사진 2. 웨스턴블롯 기법

체외 배양된 난관 상피세포에서 웨스턴블롯, 면역형광염색 기법을 통해 오브알부민이 발현되고 있음을 확인했다. 닭다리 근육, 닭 체세포에서는 발현되지 않으나, 닭 난관과 난관에서 분리한 세포에서는 오브알부민이 발현됐다.

사진 3. 면역형광염색 기법 

체외 배양된 난관 상피세포에서 웨스턴블롯, 면역형광염색 기법을 통해 오브알부민이 발현되고 있음을 확인했다. 닭다리 근육, 닭 체세포에서는 발현되지 않으나, 닭 난관과 난관에서 분리한 세포에서는 오브알부민이 발현됐다.

3. 계란을 활용한 재조합단백질 생산 연구

계란 난백 단백질은 난관세포에서 분비되어 알에 축척되며, 달걀은 약 10종의 단백질로만 구성되어 있어 달걀로부터 재조합단백질 분리가 다소 용이하다,

재조합단백질을 형질전환 닭에서 발현시킬 수 있으나, 닭의 경우 알을 통해 부화하는 특징으로 인해 포유류에서 개발된 형질전환 방법의 적용이 어려워 형질전환 닭 생산을 위해 바이러스 매개, 정원 줄기세포 매개 2가지 방법이 이용되고 있다,

바이러스 매개 방법에서는 적절한 프로모터의 선택이 필수적이며, 재조합단백질 생산을 위한 닭 개발에서, 오브알부민 유전자의 프로모터가 가장 많이 사용되고 있다. 고효율 프로모터를 개발하고 검증하기 위해서는 닭 난관 상피세포의 분리와 체외 배양 기술이 필요하다.