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합생 만물 미래 가능 합성 생물학 연구 선봉 측기 (4) 교설 연구원:"천연 산물 레고"로 중약 화학 성분 합성 재해석
날짜:2025-11-28읽기 :0

서문




교설연구원의 과학연구경로는"북경대학 의학"과 갈라놓을수 없다. 2003년에 입학하고 2012년에 학교에 남아 교편을 잡았으며 2018년에 해외방문에서 돌아온후 과제조를 조직하여 20여년간 종래로 멀리 나아간적이 없다.그녀는"매우 촌스러운"과학연구일군이라고 자조했다.북경대학 의학의 성장과 발전에서 전통중약을 연구대상으로 하고 연구방향도 시종 하나의 핵심인 중약속의 천연산물을 둘러싸고 있다.

合成生物学研究先锋侧记(四) 乔雪研究员

그러나'흙'은 수구적인 것이 아니다.한약의 복잡한 체계를 장기간 연구하여 그녀로 하여금 전통적인 연구 방법의 한계를 깨닫게 했다.약리실험은 그램급의 후보분자가 필요하고 약재중의 함량이 극히 낮을 때 전통적인 추출분리방법은 거대한 도전에 직면하게 된다.이 병목 현상은 그녀를 합성 생물학으로 전환하게했습니다.약재에 의존하지 않고 미생물로 한약의 유효성분을"종"한다.

이 길은 쉽지 않았지만, 그녀로 하여금 새로운 언어를 찾아 한약의 이야기를 하게 했다.

"중약 분석"에서"합성 중약"에 이르기까지:

과학 연구의 병목 현상을 구동하는 전환로

교설의 과학 연구의 출발점은 한약 화학 성분 분석이다.한약 성분이 고도로 복잡하기 때문에 과제팀은 오랫동안 액상 크로마토그래프(LC) 및 액상 크로마토그래프-질량 크로마토그래프 연계 기술(LC/MS)에 의존해 해석했다.그러나 분석은"보기"만 할 수 있고,"입수"할 수 없습니다.약리나 임상 연구에 충분한 양의 화합물이 필요할 때 문제가 생긴다.액질련용만으로는 목표화합물을 얻지 못하며 대형제조액상을 갖고있더라도 약재중의 목표성분의 천연함량에 국한되여 대량의 중약자원과 인력물력을 소모하게 된다.

바로 이런"보이지만 얻지 못하는"곤경이 그를 2015년에 생물합성연구로 전환시켰다.과제팀은 이로부터"중약 분석"에서"합성 중약"으로 전환하여 연구 중심이 점차 식물 천연 산물의 생물 합성 메커니즘에 초점을 맞추고 정식으로 합성 생물학 분야에 진입하였다.

"천연산물 레고": 효소의 잡범성이 가져다준 새로운 가능성

식물이 어떻게 활성분자를 합성하는지 탐색하는 과정에서 교설 연구원은 이미지의 비유인'천연산물 레고'를 제시했다.

이 아이디어는 효소 기능에 대한 재인식에서 비롯됐다.고등학교 교과서는"효소는 전일성을 가지고 있으며, 열쇠 하나에 자물쇠를 열 수 있다"고 강조했지만, 실제 연구에서 많은 효소가"잡범성 (promiscuity)"을 가지고 있다는 것을 발견했다. 서로 다른 바탕물 조합을 유연하게 촉매할 수 있다.예를 들어, 하나의 효소는 A와 B를 연결할 수도 있고, A와 C를 연결할 수도 있으며, 심지어 AB를 기반으로 D를 계속 연결할 수도 있다."자연은 단백질에 강한 창의력을 부여한다."조설이 말했다.

자연계에는 포도당, 계피산, 아세틸 보조효소 A 등 통용되는'블록 (building blocks)'이 많이 존재한다.이 작은 분자들은 광범위하게 분포되어"블록"으로 효소에 의해 다양한 천연 산물로 유연하게 조립될 수 있다."레고" 의 명명은 바로 이런 모듈화, 조합가능한 특성에서 기원되였다.이 특성은"비천연적인 천연산물"을 구축하는데 가능성을 열어놓았다. 즉 천연골격을 보존하면서도 비천연수식을 도입하여 더욱 우수한 약리활성을 모색하였다.

착지와 도전: 금련화에서 한약 자원 보호까지

현재 과제팀은 이미 이 사고방식을 여러 중약활성성분의 합성에 응용하고있다.대표적인 사례가 금련화입니다. 기후와 수확 시간이 유효 성분에 영향을 미칠 야생 한약입니다.플라보노이드의 함량.

북경대학 약학원 엽민/교설팀은 대량의 시간을 들여 플라보노이드의 생물합성통로를 해석하고 화동리공대학 채맹호 교수팀과 합작하여 전반 경로를 효모에 도입하여 20여그람/리터의 다수확발효를 실현하였다."이것은 앞으로 야생 자원에 의존하지 않고 핵심 약효 성분을 안정적으로 얻을 수 있다는 것을 의미한다."

合成生物学研究先锋侧记(四) 乔雪研究员

교설 연구원은 다음과 같이 지적했다. 이런 성과는 한면으로는 천연약물연구개발에 사용할수 있고 다른 한면으로는 중약자원보호에 중대한 의의가 있다. 우리 나라 근 반수의 상용중약은 야생채집에 의존하는데 만약 발효를 통해 관건성분을 생산할수 있다면 야생자원에 대한 소모를 뚜렷이 줄일수 있다.이밖에 생물합성연구에서 발견된 효소와 조절통제인자는 또 분자육종에 사용되여 량질약용식물의 종원을 선택육육하는데 도움을 줄수 있다.

한약 성분을 밝히는 생물합성효소는 기술적으로 도전적이다."많은 식물 게놈은 인간보다 더 크다. 목표 유전자를 정확히 찾는 것은 바다에서 바늘을 찾는 것과 같다." 교설팀은 식물을 교란시켜 목표 화합물, 중간체 및 유전자 발현량의 동시 변화를 관찰하고 후보 범위를 좁히는'관련성 분석'전략을 잘 사용한다.이 전략은 정확한 분석 테스트 기술에 크게 의존하고 있습니다.계기선택에서 과제팀은 액상크로마토그래피와 액질련용을 우선방안으로 하고 많은 상용중약성분에 대한 료해는 모두 안젤렌 LC/Q-TOF 및 2D-LC/MS 계기를 기초로 완성하였다.

과학 연구는 모두가 함께 재미있는 일을 하는 것이다

교설 연구원은 자신이 과학 연구 업무에 종사하는 것은 일부러 결정한 것이 아니라 순리적인 선택이라고 털어놓았다.이것은 스승의 부탁 덕분이다-지도교수인 과덕안 교수, 엽민 교수의 중약 분야에서의 깊은 축적과 집착 정신이 그녀에게 깊은 영향을 주었다."과학 연구는 재미있는 일이다. 하기로 선택하면 그것을 잘 해야 한다."자신의 학생을 양성할 때 그는 시종 자유롭고 개방적인 과학연구분위기를 힘써 조성하여 그들이 용감하게 쾌적한 지역에서 벗어나 새로운 사물, 신기술에 대한 호기심을 유지하도록 격려했다.실험 과정에서 학생들의 총명함, 근면함과 강인함은 과제를 지속적으로 추진하는 중요한 동력이다.

合成生物学研究先锋侧记(四) 乔雪研究员

교설의 연구도 공동저자, 동업자 및 안제륜기술전문가들의 귀중한 지지를 떠날수 없었다. 그들이 여러차례 교류에서 제기한 건설적인 의견은 과제의 추진에 중요한 계발을 제공해주었다. 그는 이에 대해 깊은 감사를 표시했다.

미래를 향한"다조분 합성 한약"창상


교설 연구원은 AI가 유전자 발굴, 효소 설계 등 단계에서 더 큰 역할을 발휘해 식물합성생물학 연구 패러다임 혁신을 추진할 수 있을 것으로 기대했다.앞으로 공정균의 발효를 통해 중약성분과 일치하는"다조분합성중약"을 산출하여 중약이 기후, 토지와 채취주기의 제한을 받지 않고 자원의 지속가능한 리용에 새로운 해결방안을 제공할수 있을것이다.