단백질 의약품 시장, 1g에 67만달러?

오늘 조선일보에 실린 "차세대 성장동력을 찾아라 <4> 단백질 의약품"은 흥미로운 기사입니다. 제 은사 중의 한 분이 나오시기도 했지만 그것보다 단백질 의약품에 대한 좋은 소개 기사라고 할 수 있습니다. 기사의 내용을 잠깐 인용하면,

단백질 의약품 시장은 생명공학 분야에서 대표적인 유망 사업이다. 골드만삭스에 따르면 2000년 출시예정 의약품 중 단백질 의약품의 비중은 25%에 불과했지만, 올해는 62%로 급증했다.

빈혈치료제로 쓰이는 단백질 이피오(EPO)는 1g당 가격이 금값의 수십만 배인 67만 달러를 호가한다.

단백질 의약품은 첫 제품이 1982년에 나왔을 정도로 시장은 아직 초창기이다. 우리나라는 원천기술인 생명과학 분야에서 크게 뒤지지 않고, 생산기술인 미생물발효 분야는 세계적 수준을 갖추고 있다.

대웅제약은 2001년 우리나라 단백질 신약 1호인 이지에프(EGF)를 발매했다. 인체에서 상처를 아물게 하는 단백질인 EGF를 치료제로 처음 만든 것으로, 2005년 요르단 수출을 시작으로 올해부터 중동과 동남아시아 지역에 본격적으로 진출할 계획이다. 바이오기업 제넥셀세인, 랩프런티어도 신약후보 단백질들을 잇따라 찾아냈다.

녹십자는 환자의 혈액으로 만들던 B형간염백신을 미생물 발효법으로 생산하는 데 성공, 연간 매출 500억원이 넘는 주요 제품으로 성장시켰다. LG생명과학은 세계 최초로 주 1회 주사만으로 약효가 지속되는 인간성장호르몬을 개발, 오는 28일 국내에서 발매를 시작한다.

대웅제약의 박승국 박사팀이 개발한 EGF는 유명한 일화가 있는 제품입니다. EGF도 1그램당 20만불하는 고가의 의약품입니다. 좀 더 자세한 내용은생명공학정책연구센터의 대웅제약 EGF 소개를 보시면 좋겠습니다.

이런 단백질을 생산하는 기술은 대게 단백질 발현, 배양, 정제 기술이 필요한데 가장 중요한 것은 발현 방법입니다. 일반적으로 실험실에서는 석사과정 학생들도 쉽게 하는 pET system을 이용한 대장균 발현법이 많이 알려져 있으나 사실 실제로 발현되는 단백질은 일부에 불과합니다. 게다가 사람과 같은 진핵생물 단백질의 발현은 더욱 어렵습니다. 왜냐하면 사람의 단백질은 단순한 transcription, translation 뿐만이 아니라 post-translational modification을 통해 당과 결합하거나(glycosylation), 인산기와 결합하거나 (phophorylation) 등등의 다양한 변화가 일어나기 때문입니다. 그리고 그런 modification은 단백질의 기능에 중요한 역할을 하는 경우가 많습니다.

이렇게 단백질이 중요한데도 불구하고 한가지 아쉬운 점은 국내에 단백질 화학 (protein chemistry)를 연구하는 학자들이 상당히 적습니다. 물론 단백질은 누구나 다 합니다. 유전자도 마찬가지구요. 하지만 protein science나 protein chemistry를 하시는 분은 생각보다 많지 않습니다. 굴지의 저널에 논문 내시는 분들은 많아도 proteins나 biochemistry와 같은 strong한 단백질 연구 저널에는 한국인들의 논문이 적습니다. 물론 여러가지 이유가 있겠지만 (한국은 소위 impact factor라는 것을 많이 따지는데 이 저널들은 그런 면에서 불리합니다.) 조금 더 기초적인 부분에 있어서도 신경을 쓰면 어떨까하는 생각을 하곤 합니다. EPR이나 CD 같은 기법을 이용한 단백질의 물리화학적 연구들도 볼 수 있었으면 좋겠구요.

고릴라의 혈액형은 전부 B형? (혈액형과 당생물학)

어제 재미있는 뉴스를 하나 읽었습니다. 고릴라의 혈액형이 전부 B형이라는 기사인데요. 사실 이 혈액형이야 말로 당생물학의 중요성을 나타내주는 가장 대표적인 예라고 할 수 있습니다. 얼마전 저희 랩에서 세미나 발표한 자료를 가지고 간단히 설명하면,

사람의 혈액형을 보통 A, B, AB, O 이렇게 4가지로 나누는 것은 아래와 같은 이유에서 입니다. 사람의 적혈구 세포는 그 표면에 여러가지 항원인 단백질과 지질을 가지고 있습니다. 바로 어떤 표면 물질을 가지고 있느냐에 따라 A, B, O, AB 이렇게 나눠지는 것이죠. 반면에 혈청 속에는 항원과는 다른 항체가 있어서 자기와 같은 타입이면 응고가 안되고 다른 혈액형이 들어오면 응고가 되는 것입니다. 아마 여기까지는 고등학교 시간에 이미 배우신 내용일 것이라고 생각합니다.

그런데 사실 이 항원의 차이라는 것은 항원 단백질의 차이가 아니라 단지 당스핑고지질 (glycospingolipid) 끝의 당 1개의 차이일 뿐입니다. 아래의 그림에서 보시다시피 항원은 Gal-GlcNAc-Gal의 기본구조에 Fucose (또는 Gal)와 GalNAc이 붙어있는 약 5개의 당으로 구성되어 있습니다. 그런데 여기서 맨 마지막 GalNAc이 없으면 O형 항원이고, fucose가 있으면 A형, Gal이 있으면 B형, 두 당이 섞여 있으면 AB형이 되는 것입니다.

이 차이만 놓고 본다면 혈액형으로 사람의 성격을 논하는 것이 좀 우습다고 할 수 밖에요. 그 차이라는 것이 결국 당 1개의 차이에 지나지 않으니까요. 더 궁금하신 분들은 아산병원 혈액은행의 친절한 설명을 참조하시는 것도 좋겠습니다. 제가 연구하는 분야가 당전이 효소이므로 참고할 만한 부분만 인용하면,

ABO 혈액형을 결정하는 유전자는 9번 염색체(9q34)에 위치하고 있습니다. ABO 유전자와 Hh 유전자 그리고 Se 유전자에 의해 적혈구를 비롯한 우리몸의 각 장기와 조직 그리고 타액 등에 ABO 혈액형이 표현됩니다. A 유전자와 B 유전자는 우열이 없이 각각 co-dominant하게 ABO 혈액형을 표현합니다. 즉 A유전자와 B유전자를 동시에 가지고 있는 사람은 A형과 B형의 혈액형이 동시에 표현되어 AB형이 됩니다. A 유전자는 N-acetylgalactosaminyl transferase라는 효소를 만들어 glucose-galactose-N-acetyl glucosamime-galactose-fucose의 구조를 가지는 H chain 끝에 N-acetylgalactosamine을 붙여주어 A형 항원을 만들어 냅니다. 그리고 B 유전자는 H chain 끝에 D-galactose를 붙여주는 galactosyl transferase라는 효소를 만들어 B형 항원을 만듭니다. 그런데 O 유전자는 이런 당전이 효소(glycosyl transferase)를 만들 수 없으므로 H chain만을 표현합니다. Hh 유전자는 H chain을 만드는 fucosyl transferase라는 효소를 만들고 Se 유전자는 타액내 단백에 ABO 혈액형을 표현하는데 필요합니다. (참고: 서울아산병원 혈액은행)

하지만 적혈구의 표면에는 ABO type 항원만 있는 것이 아니고 다른 여러가지 다른 항원들도 가지고 있습니다. 그 중에서 우리가 잘 아는 것이 Rh 항원이지요. 한국인들은 Rh- 혈액형이 0.4%가 채 안되는 것으로 알려져 있습니다만 미국인의 경우는 16%나 된다고 합니다.

참고로 다시 고릴라의 혈액형으로 돌아가면 이런 내용이 나옵니다.

일본 원숭이센터에서는 고릴라 피와 사람 피를 혼합해 응고 반응을 측정 했다. 그 결과 고릴라의 혈액은 사람의 B형 혈액과 응고 반응이 일어나지 않음을 발견했다. 따라서 일본 원숭이센터에서는 모든 고릴라 혈액형은 B형이라고 결론을 내렸다.

음... 이 내용만 가지고 이야기하기는 좀 어렵겠다는 생각이 듭니다. 고릴라 적혈구의 B 항원 당쇄구조를 보지 않고서는 말이죠. 하지만 왠지 사회 일각에서(?) B형 혈액형을 가진 사람들을 고릴라 보듯이 할 것 같다는 두려움이 엄습하는군요. ^^

(그림은 전부 위키피디어에서 가져왔습니다.)

Google patents, 구글 특허 검색 시작!

드디어 구글이 특허 검색 베타 서비스를 시작했습니다. 아직은 베타서비스이고 미국 특허위주의 검색입니다만 생각보다 저조했던 구글 Scholar 보다는 낫지 않을까 싶습니다. 사실 이쪽 분야의 전문적인 논문은 워낙 Medline이나 Pubmed가 꽉 잡고 있어서 구글 스칼라를 이용할 필요는 그리 많지 않았습니다. 하지만 특허 검색은 좀 다르죠.

시험삼아 제가 낸 미국 특허 검색을 해봤는데 보통 이런 것 검색하는데 상당한 시간이 걸리던 것과 비교해 봤을 때, 한 서너배는 빨리 검색을 했습니다. 원문도 쉽게 다운로드 받을 수 있더군요. 현재 베타 서비스임에도 불구하고 아주 만족스럽습니다. 게다가 클레임이나 도면에 대한 정리도 잘 되어 있구요. pdf 화일 내부의 검색까지 가능합니다. 놀라워요!!!

사실 저 아래 썼던 PCR용 DNA Polymerase와 연결되는 내용인데 소위 Pfu Polymerase는 Stratagene의 독점 특허입니다. 아마 거의 특허만료가 다 되었을 것으로 생각합니다만 아무튼 그 특허 때문에 그 효소개발에 참여한 저의 보스가 상당액의 특허료를 받고 있다는 소문이 있었습니다. 그래서 한 번 그 특허를 찾아봤더니 역시 쉽게 찾았습니다. Stratagen의 원래 특허는 1991년에 냈고 그 특허의 내용은 아래의 논문에 보고가 되었더군요.

Lundberg KS, Shoemaker DD, Adams MW, Short JM, Sorge JA, Mathur EJ.  High-fidelity amplification using a thermostable DNA polymerase isolated from Pyrococcus furiosus. Gene 1991 Dec 1;108(1):1-6.

제 보스는 제 3저자이지만 나머지 인물들은 전부 Stratagene의 사람들입니다. 아마 균을 키워 정제하는 법을 도와줬겠지요.

아무튼 잠깐 사용해본 제 느낌은 아주 훌륭하다는 것이었습니다. (여기에는 구글을 편애하는 제 심리적 요인도 아주 조금은 덧붙여져 있을 겁니다...^^)

백문이 불여일견이라, 여러분도 한 번 해 보시죠.^^

1장 3절 극한미생물 연구의 발전과 Archaea

3. 극한미생물 연구의 발전과 Archaea

3.1. Archaebacteria의 등장

극한 조건에서 생육하는 미생물들이 점점 보고됨에 따라 많은 극한미생물들이  일반적인 세균과는 다른 형태와 성질을 갖고 있다는 것이 보고되기 시작하였다. 특히 호염균 (Halobacterium)을 중심으로 그 세포벽의 형태가 기존에 보고된 세균의 세포벽 (펩티도글리칸)과는 차이가 있다는 사실이 1960년대 후반부터 밝혀졌다.

1970년대 초에 브록이 90°C가 넘는 온도에서 생육하는 초고온균을 발견하고 1972년 그렉 자이커스 (J. Greg Zeikus)가 메탄생성균이면서 고온균인  Methanobacterium thermoautotrophicus (후에 Methanothermobacter thermautotrophicus로 이름이 변경됨)을 동정하면서 극한환경에서 생육하는 미생물들의 일부가 고온성 바실러스나 고온성 방선균과 같은 일반 세균과는 다른 특성들을 보임을 인식하게되었는데 이 시기에 계통분석을 통한 독창적인 생물분류법으로 아키박테리아(archaebacteria)를 제안하여 생물학의 큰 논쟁을 불러일으킴과 아울러 분류학에 큰 획을 그은 인물이  바로 칼 우즈 (Carl Woese)이다.

 3.2. 칼 우즈의 계통 분석 (Phylogenetic analysis) 

 1977년 우즈가 아키박테리아를 독립적인 계로 분류하는 것을 제안하기 이전까지 생물의 분류에 있어 가장 많이 사용되는 분류법은 계(界, Kingdom), 문(門, Phylum,  Division) 강(綱, Class), 목(目, Order), 과(科, Family), 속(屬, Genus), 종(種, Species)의 7단계 분류법이다. 당시 전통적인 생물분류법은 위태커 (Whittaker)의 5계법 (five kingdoms)이었다. 위태커의 5계는   원핵생물계 (Kingdom Monera), 원생생물계 (Kingdom Protista), 진균생물계 (Kingdom Fungi), 식물계 (Kingdom Plantae), 동물계(Kingdom Animalia)의 다섯가지 계로 생물을 분류하는 방법이었다.

또하나의 방법은 생물을 원핵생물 (prokaryotes) 과 진핵생물 (eukaryotes)로 분류하는 방법으로 핵의 유무 (핵막의 유무)에 따라 나누는 방법이었다. 하지만 학부에서 수학과 물리학으로 석사를 마친 우즈는 기존의 형태학적인 생물의 분류법으로는 진화에 따른 계통 분석이 불가능함에 착안하여 유전물질인 RNA를 이용한 계통분류를 시도한 것이다.

1977년 우즈와 폭스 (George E. Fox)는 효모를 비롯한 진핵생물 3종의 18S rRNA, 대장균을 비롯한 일반 세균 5종의 16S rRNA, 메탄생성균 4종의 16S RNA의 염기서열을 분석한 결과 메탄생성균들이 계통적으로 다른 종류의 세균과는 다르다는 결론을 내리고 이 종류의 미생물들을 아키박테리아 (원시세균 또는 고세균)로, 기존의 세균들은 유박테리아 (진정세균)으로  분류할 것을 제안하였다.

이후 아키박테리아는 다시 세 종류로 분류되는데 호염성균 (halophiles). 메탄생성균 (methanogens), 그리고 호열성균 (thermophiles)으로 분류하는 것이 일반적인 분류법이다. 여기에 대한 것은 2장에서 다시 다루도록 하겠다.

3.3. 세 도메인, Archaea, Bacteria, Eukarya

우즈의 제안 이후에도 아키박테리아는 세균(Bacteria)의 하위개념으로 사용되어왔으며 현재까지도 미생물학자들 사이에서는 아키박테리아라는 용어가 여전히 사용되기도 한다.

하지만 유전공학과 분자생물학이 1980년대 이후 급속도로 발전함에 따라 거의 모든 생물종의 16S rRNA (PCR을 이용하면서부터는 16S rDNA)의 염기서열이 밝혀졌고 그 계통 분석을 통하여 1990년 우즈 와 두 동료들은 생물분류에 있어서 도메인의 개념을 주창하고 3개의 도메인, Archaea, Bacteria, Eukarya를 제안한다.

이 논문의 제안으로 비로소 아키박테리아는 아키아 (Archaea)라는, 박테리아와는 다른 독립적인 도메인으로 소개되는데 하버드대학의 동물학자인 언스트 마이어 (Ernst Mayr)등은 우즈가 생물학이나 분류학에 대해 제대로 공부하지 않았다며 그의 도메인 분류에 대해 강하게 반발하기도 한다 (1998. PNAS). 하지만 미생물학자들 사이에서는 이 세가지 도메인의 분류법이 널리 사용되고 있으며 아키박테리아라는 용어는 대부분 아키아로 대체되어 가고 있다. 

3.4. 다양한 극한미생물의 발견 및 극한미생물의 활용

한편 1980년대는 분자생물학의 발전과 더불어 다양한 극한미생물의 발견이 이루어졌다. 1983년에는 초고온성 미생물 연구의 선구자 칼 스테터 (Karl O Stetter)가100 °C 이상의 온도에서 자라는 아키아 Pyrodictium를 보고하였고 1986년에는 이후 아키아 중에서 가장 많은 연구가 된 Pyrococcus furiosus을 분리 동정하였다. 같은 해 스테터는 우즈 (Carl R. Woese)등과 함께 최초의 초고온성 세균인 Thermotoga를 분리 동정하기도 했으며 1992년에는 또다른 초고온성 세균 Aquifex pyrophilus를 분리 동정하여 아키아만이 초고온성을 갖는 것이 아니라는 것을 밝혀내었다. 스테터는 2002년에는 아키아의 새로운 문(門, Phylum)인 나노아키아 (Nanoarchaeum equitans)를 과학저널 네이처에 보고하기도 하는등 수많은 초고온균 및 아키아들의 발견에 큰 공헌을 하였다.

이와같은 극한미생물의 발견과 아울러 그 미생물들이 생산하는 효소나 유전자원들을 산업적으로 이용하려는 연구들도 많이 이루어졌다 (자세한 내용은 7장 참조). 이미 전통적으로 전분의 액화를 위해서 사용된 고온성 바실러스 Bacillus licheniformis의 아밀라제가 산업적으로 사용되었고  1985년에는 캐리 멀리스가 고온성 세균인 Thermus aquaticus의 DNA중합효소를 이용하여 PCR (Polymerase Chain Reaction)을 개발하였다 (1993년 노벨 화학상 수상). 또한 고온성미생물의 균체를 고정화하여 일본에서는 1980년대 말에 아크릴아마이드를 고수율로 생산하는데 성공하였으며 다양한 산업적 응용이 이미 실현되었거나 연구중에 있다.  

3.5. Genome/post-genome 시대의 극한미생물학

6장에서 자세히 살펴보겠지만 아키아의 지놈프로젝트는 1993년 미국 에너지성 (DOE)의 지원에 의해 Methanococcus janaschii, Methanobacterium thermoautotrophicum, Pyrococcus furious  3종이 시작되어 이중 Methanococcus janaschii의 유전체가 극한미생물가운데는 최초로 1996년 보고되었다. 그 이듬해 Methanobacterium thermoautotrophicum의 전체 DNA 염기서열이 보고된 것을 시작으로 Archaeoglobus fulgidus의 지놈이 미국 유전체연구소 (TIGR, The Institute for Genome Research)에 의해서, Pyrococcus horikoshii의 지놈이 일본 동경대 연구팀에 의해 보고되었다. 초고온성 아키아 중에서 가장 연구가 많이 이루어지고 있는Pyrococcus furious와 Sulfolobus solfataricus는 각각 1999년과 2001년 전체 지놈 시퀀스가 보고 되었다.

아키아가 아닌 세균성 극한미생물중에 최초로 전체 지놈이 보고된 미생물은 위 점막에 기생하여 위장질환을 일으키는 것으로 알려진 호산균(Acidophile) Helicobacter pylori (1997년)이다. (하지만 엄격한 의미에서 헬리코박터는 호산성은 아니다.) 그 이후 초고온성이며 호기성 박테리아인 Aquifex aeolicus의 지놈 시퀀스가 1998년, 가장 많이 연구되고 있는 초고온성 혐기박테리아인 Thermotoga maritima의 지놈 시퀀스는 1999년 보고되었다.

나노테크놀로지를 이용해서 하루에 미생물의 전체지놈을 분석하겠다는 야심찬 계획이 진행되고 있는 현재에는 post-genome 연구가 한창인데 가장 대표적인 것이 DNA chip을 이용한 마이크로어레이, 2차원 전기영동을 이용한 프로테오믹스, 그리고 전체 단백질의 구조를 밝히는 구조유전체학(structural genomics)이다. 여기에 대해서는 6장에서 자세히 알아보도록 하겠다.

포춘 선정 "가장 존경받는 제약회사 top 5"

미국 경제 격주간지인 포춘은 재미있는 랭킹을 자주 발표합니다. 지난 주엔 "America's Most Admired Companies"를 발표했습니다. 전체 랭킹은 다음과 같았죠.

1. General Electric	6. FedEx
2. Starbucks	7. Apple
3. Toyota Motor	8. Google
4. Berkshire Hathaway	9. Johnson & Johnson
5. Southwest Airlines	10. Procter & Gamble

전체 순위보다는 부문별 순위에 관심이 갔습니다. 아래는 존경받는 제약회사의 순위입니다.

언제나 그렇지만 랭킹은 나름대로의 기준이 있고, 그 기준이 마땅하냐 못마땅하냐는 가치관의 충돌입니다. 하지만 소위 샌프란시스코의 작은 바이오텍 벤처기업에서 "빅 파마"로 올라선 제넨텍과 암젠이 나란히 상위에 랭크된 것을 본 느낌은 나쁘지 않군요. 우리나라에도 저런 기업이 등장할 날이 와야 할 텐데요.

샌프란시스코 앵커 '제넨텍 vs 암젠' (머니투데이 참고기사)

소녀들을 위한 성병예방 백신 Gardasil

매년 연말 미국의 시사주간지 타임은 "올해의 발명 (Inventions of the Year)"를 발표합니다. 2006년 연말에 타임지에서 발표한 Best Inventions 2006에는 여러가지 흥미로운 발명품이 많이 소개되었습니다. 솔직히 말하면 실제로 그다지 흥미로운 것이 많지는 않습니다. 너무 비현실적인 것도 있고 우리 실생활과 상관없는 것도 있고 그렇습니다. 그 중에서 가장 눈길을 끄는 상품이자 유일한 의약품이 바로 Gardasil 이라는 성병예방백신입니다.

이 백신은 4종류의 인간 유두종바이러스 (human papilomavirus, HPV)들의 예방백신인데 Merck에서 만드는 이 약품에 대한 타임지의 제목은 "Good for Girls!" 였습니다. 그러니까 이 성병예방 백신은 특별히 틴에이저들이 대상입니다. 보통 9살에서 26살까지의 여성들에게 접종해주지만 특별히 "sexual debut"이전의 여성들, 특별히 11살에서 12살 정도의 여학생들이 맞아야 효과가 있다고 미국 CDC (Centers for Disease Control and Prevention, 미국질병관리센터)에서 권장하고 있습니다.

얼마전 텍사스 주지사인 보수적 공화당원 릭 페리가 11-12세 여자아이들에게 의무적으로 예방접종을 실시한다는 행정명령을 내린 것이 뉴스가 된 적이 있습니다. 일부에서는 어린 나이에 성관계를 가지는 것을 용인하는 것처럼 보일 수 있다며 반대를 했었죠. 당연히 로비 의혹같은 것도 있었구요. 그리고 이번주 타임지에 Saying Yes to the Shot 이라는 이 백신에 관한 기사가 또 실렸습니다.

타임의 기사에 따르면 이 백신이 예방하는 4가지 HPV 중에서 두 종류는 자궁경부암 (Cervical cancer)의 70%와 관련이 있고 나머지 두 종은 성병의 일종인 콘딜롬(genital warts)의 90% 정도를 일으킨다고 합니다. 섹스를 시작한지 2년안에 40%의 여성이 감염되고 나이 50이 되면 80%가 감염된다고 하는군요. 물론 감염된다고 전부 증상이 나타나는 것은 아니고 아주 일부만 암으로 발전됩니다.

(사진 출처는 조선일보)

아마 이 그림을 보신 분이 계실지 모르겠지만 오하이오주립대 연구팀이 미국의 한 고등학교 학생을 대상으로 만든 성관계지도입니다. 당시 우리 신문에 보도된 기사 부제목은 미국고교생 실태 표본조사 832명중 126명만 '1대1'이었습니다. 미국이야 공립고등학교에 임신한 여학생을 위한 휴게시설까지 만들정도의 상황이니 이런 의약품이 그해의 발명품 중에 유일하게 선정된 것이 아닌가 싶습니다.

우리나라에서는 얼마나 필요할까요??? 이건 기회일까요, 위기일까요?

 

Extremely fast and accurate DNA polymerase from Finnzymes

극한미생물을 이용한 최대의 연구는 바로 PCR입니다. 개발자인 캐리 멀리스 (Kary B. Mullis)가 노벨상까지 탓죠. 그가 노벨상을 받은 1993년이 제가 처음 PCR을 직접 해본 그 해 입니다. 당시 학과에 한 대 밖에 없는 PCR 기계의 사용법을 배우고 혹시라도 극미량의 DNA가 오염될까봐 손에 비닐 장갑을 끼고 난리를 치던 생각이 나는군요. 멀리스는 Thermus라는 고온성 세균을 이용했지만 최근에는 Pyrococcus나 Thermococcus류의 Thermococcales의 DNA polymerase를 많이 이용합니다. DNA 증폭시 에러의 확률이 훨씬 낮기 때문이죠.

그런데 오늘 네이처지에서 오는 스팸메일의 제목이 바로 이 포스트의 제목과 같았습니다.

"Extremely fast and accurate DNA polymerase from Finnzymes"

저 Finnzymes라는 회사는 핀란드의 바이오텍 회사인데 주로 제한효소나 연구용 효소를 다루는 회사입니다. 몇년전에 네이처에서 핀란드의 바이오텍 산업에 대해 다룰 때 나왔던 회사죠.

Boosting biotech in Finland (Nature, 2004, 431, 1020-1021)

핀자임스의 PCR 기술을 Phusion™ High-Fidelity DNA Polymerase이라고 명명한 모양입니다. 저는 회사의 광고를 그대로 믿는 사람이 아닙니다만 자기네들이 주장하는 fidelity가 Taq Pol의 52배라고 하네요.

위 그림만 가지고 본다면 아마 최고의 fidelity를 자랑하는 모양입니다. 에러확률이 4.4 x 10-7라고 하네요. Taq Pol은 fidelity가 낮아서 Site-directed mutagenesis 등에 사용하지 못하죠. 보통 pET based 발현 벡터의 크기가 5 - 10kb (10의 4승)미만이니까 Site-directed mutagenesis에는 좋겠습니다. 나머지 polymerase들은 전부 거의 비슷비슷한 초고온성 아키아 (Hyperthermophilic Archaea)에서 나오는 효소이거나 분자진화를 이용해 fidelity를 높인 것입니다.

Figure 2. Error rates of different DNA polymerases. Fidelity assays were done using lacI-based method modified from Frey & Suppmann, 1995.

게다가 빠르군요. 보통 Taq Pol의 경우 1kb에 1분을 많이 사용하지만 Pfu는 사실 그것보다 느려서 증폭에 시간이 꽤 걸립니다. 그래서 벡터를 통째로 PCR해야하는 Site-directed mutagenesis의 경우엔 반나절 이상 시간이 걸리는 경우가 많죠. 이 경우는 거의 1분에 1kb 정도의 속도가 나는 것 같습니다. (물론 다시 말하지만 회사의 데이터를 전부 그대로 믿으면 안됩니다...^^)

Extreme speed and yield
The fusion of a double-strand DNA-binding domain to Phusion DNA Polymerase multiplies its processivity in respect of other DNA polymerases. This dramatic increase in processivity results in shorter extension times, more robust and high yield amplification, and the ability to do long templates in a fraction of the time. A 3.8 kb human genomic DNA fragment was amplified with various polymerases using extension times ranging from 1 min to 7 min 40 sec (see figure 3 below). Phusion DNA Polymerase gave strong specific bands even with the shortest extension time, completing the 3.8 kb fragment with only a one minute combined annealing and extension step. Enzyme amounts also indicate that significantly less of the highly processive Phusion DNA Polymerase is required to complete the task.

Figure 3. A 3.8 kb human beta globin gene was amplified according to supplier’s recommendations using varying extension times.

Cycling protocols and enzyme amounts:
	Pyrococcus furiosus	modified P.furiosus	Phusion DNA Polymerase
Enzyme amount	5 U / 50 µl	2.5 U / 50 µl	1 U / 50 µl
Initial denaturation	95 °C 45 s	95 °C 2 min	98 °C 30 s
Denaturation	95 °C 45 s	95 °C 30 s	98 °C 10 s
Annealing	60 °C 45 s	60 °C 30 s	-
Extension a,b,c and d*	72 °C x min	72 °C x min	72 °C x min
Cycle number	30	30	30
*Extension times: a) 1 min, b) 1 min 30 s, c) 3 min 50 s and d) 7 min 40 s.

아무튼 한 번 사용해 보고 싶군요. 네이처에서 단순히 광고한 것인지 아니면 정말 성능이 뛰어난 것인지 확인해보게 말입니다.