바이오인

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 19-18
유전자편집기술(CRISPR/Cas9)로 잠재된 매운맛을 활성화시킨 ‘Hot 토마토’

◇ 토마토에서도 매운맛의 원인물질인 캡사이시노이드(capsaicinoid) 합성 유전자들을 발견한 후, 유전자편집기술을 이용하여 비활성화된 유전자를 활성화시켜 매운맛을 내는 토마토를 개발할 수 있을 것으로 예상. 재배 및 품종개량이 어려운 고추류 외의 식물에 매운맛을 부여하여 새로운 기능성 식품을 개발할 수 있을 것으로 전망

▸주요 출처 : Trends in Plant Science Vol 24 Issue 2, Capsaicinoids: Pungency beyond Capsicum, 2019.2.1

■ 유전체 염기서열 및 기능분석을 통해 고추류 식물만 가지고 있는 매운맛 성분인 캡사이시노이드(capsaicinoid)* 합성과 관련된 유전자들을 발견

 ○ 캡사이시노이드는 단순히 매운맛을 내는 기능을 넘어 항염, 항산화, 항암, 체중감소 효과가 있는 것이 밝혀지면서 기능성 식품의 핵심물질로 인식
    * 캡사이시노이드란? 고추류 식물에 함유된 2차 대사물질(secondary metabolites)의 일종으로 동물이 섭취했을 때 매운맛을 내는 화학물질의 집단을 말함
    ※ 포유류에 비해 조류는 캡사이시노이드의 매운맛을 느끼지 못하기 때문에 고추류 식물은 자신의 씨앗을 좀 더 멀리 퍼트릴 수 있는 조류를 이용하기 위해 캡사이시노이드를 만드는 것으로 예측

 ○ 고추류 식물은 자가수분을 하지만 꽃의 구조가 열려있어 곤충들에 의해 쉽게 타가수분 되기 때문에 품종 유지가 어렵고, 재배환경에 따라 캡사이시노이드 함량이 크게 변동
  - 노지에서 많이 재배하는 고추류 식물은 병해충로 대량재배가 어렵고, 환경변화에 의해 캡사이시노이드 합성에 큰 영향을 받아 조절에 어려움

 ○ 따라서 재배 및 품종개량이 용이한 다른 식물에서 캡사이시노이드를 합성할 수 있다면 안정적인 캡사이시노이드 함량을 가진 기능성 식물을 개발할 수 있을 것으로 기대

■ 최근 발전을 거듭하고 있는 유전자편집기술을 이용하여 토마토의 캡사이시노이드 합성 유전자를 활성화할 수 있을 것으로 기대

 ○ 최근 유전체 시퀀싱기술이 발달하면서 토마토의 염기서열을 분석한 결과, 토마토 등 가지과 식물이 캡사이시노이드 합성 유전자를 가지고 있음을 발견
  - 하지만 토마토에서 캡사이시노이드 합성 유전자는 발현 및 기능 측면에서 비활성화 되어있어 일반적인 조건에서는 캡사이시노이드를 생산하지 못함

 ○ 3세대 유전자편집기술인 CRISPR/Cas9을 이용하여 유전자를 활성화할 수 있는 기술을 개발
   - 초기 CRISPR/Cas9 기술은 유전자 기능을 제거하는 용도로 사용되었지만, 최근에는 이 기술을 응용하여 유전자 기능을 활성화 데에 활용
    ※ 영국 캠브리지대학 Jaenisch 박사팀은 DNA 염기를 자르는 기능이 제거된 dCas9을 이용하여 유전자 프로모터에 활성화 도메인을 삽입함으로써 유전자를 발현
    ※ 또한 중국 Zhou 박사팀은 CRISPR/Cas9을 이용하여 염기서열 하나를 바꾸는 ‘Base Editor’기능을 활용해 프로모터를 활성화시키기도 함
  - 이러한 기술을 응용한다면 토마토에서 유전자 발현이 비활성화 되어있는 캡사이시노이드 합성 유전자를 활성화시킬 수 있을 것으로 기대