브라질 남부 출신의 겸손한 갈색 소는 우유에서 인간 인슐린을 생산할 수 있는 최초의 형질전환 젖소로 역사를 만들었다. 일리노이 대학교 어바나 샴페인과 상파울로 대학(University of Illinois Urbana-Champaign)의 연구원들이 이끄는 이 발전은 인슐린 생산의 새로운 시대를 예고할 수 있으며, 언젠가 당뇨병을 앓고 있는 사람들의 약물 부족과 높은 비용을 제거할 수 있다.

"대자연은 단백질을 정말, 정말 효율적으로 만들기 위해 유선을 공장으로 디자인했습니다. 우리는 이 시스템을 이용하여 전 세계 수억 명의 사람들을 도울 수 있는 단백질을 생산할 수 있습니다," 라고 유오브아이(UofI)의 농업, 소비자 및 환경 과학 대학(ACES)의 일부인 동물 과학부의 매트 휠러 교수가 말했다. 그는 또한 칼 일리노이 의과 대학, 그레인저 공학 대학, 수의학 대학, 베크만 연구소, 칼 알. 우즈 게놈 생물학 연구소와 제휴하고 있다.그는 또한 인슐린을 생산하는 소의 개발을 설명하는 새로운 생명공학 저널 연구의 수석 저자이다.

브라질에 있는 휠러 박사의 동료들은 활성 인슐린 형태의 단백질 전구체인 proinsulin을 암호화하는 인간 DNA의 한 부분을 열 마리 소의 배아 세포핵에 삽입했다. 이것들은 브라질에 있는 보통 소의 자궁에 이식되었고, 한 마리의 형질 전환된 송아지가 태어났다. 최신 유전자 공학 기술 덕분에, 인간 DNA는 유방 조직에서만, 즉 유전자 서열이 읽히고 단백질 제품으로 만들어질 수 있는 세포의 발현이 표적이었다.

"옛날에는, 우리 DNA를 박아 넣곤 했고, 그것이 여러분이 원하는 곳에 표현되기를 바랐습니다. 우리는 요즘 훨씬 더 전략적이고 목표를 정할 수 있습니다. 유선 조직에 특화된 DNA 구조를 사용한다는 것은 소의 혈액이나 다른 조직에서 사람의 인슐린이 순환하지 않는다는 것을 의미합니다. 그것은 또한 유선의 단백질을 대량으로 생산하는 능력을 이용합니다."라고 휠러는 말했다.

소가 성숙해졌을 때, 연구팀은 표준적인 인공 수정 기술을 사용하여 암컷 소의 임신을 시도하는데 실패했다. 대신 연구진은 호르몬을 사용하여 첫 수유를 자극했다. 수유를 통해 우유가 생산되었지만, 성공적인 임신 후에 발생하는 것보다 적은 양이었다. 그런데 놀랍게도 인간 프로인슐린과 인슐린은 우유에서 검출되었다.

연구의 목표는 프로인슐린을 만들고, 그것을 인슐린으로 정제하는 것이다. 그러나 소는 기본적으로 그것을 스스로 처리했다. 약 3개에서 1개의 생물학적으로 활성인 인슐린을 프로인슐린으로 만든다고 휠러 박사는 설명한다.그러면서 “젖샘은 마법 같은 것입니다”라고 덧붙였다.

사용하기 위해 추출하고 정제해야 하는 인슐린과 프로인슐린은 우유에서 리터당 몇 그램이 검출되었다. 하지만 연구팀은 호르몬으로 유도된 수유이고 우유의 양이 예상보다 적었기 때문에 일반적인 수유에서 인슐린이 얼마나 만들어지는지 정확히 알 수 없었다.

보수적으로, 휠러 박사는 소가 리터당 1그램의 인슐린을 만들 수 있고 전형적인 젖소(Holstein)는 하루에 40~50리터를 만들 수 있다면 그것은 많은 인슐린이라고 할 수 있다. 특히 인슐린의 전형적인 단위는 0.0347밀리그램이다.

"그것은 각 그램이 28,818 단위의 인슐린과 동등하다는 것을 의미합니다. 그리고 그것은 단지 1리터입니다. 젖소는 하루에 50리터를 생산할 수 있습니다."라고 휠러 박사가 말했다.

연구팀은 그 소를 다시 복제할 계획이고, 다음 세대에 임신과 완전한 수유 주기로 더 큰 성공을 거둘 것이라고 낙관한다. 마침내, 그들은 암컷과 짝짓기를 할 형질전환 황소를 만들고, 목적에 맞게 만들어진 무리를 만드는 데 사용될 수 있는 형질전환 자손을 만들 계획이다. 심지어 작은 무리도 인슐린을 생산하는 기존의 방법들, 즉 형질전환 효모와 박테리아를 빠르게 능가할 수 있고, 고도로 기술적인 시설이나 사회 기반 시설을 만들 필요 없이 그렇게 할 수 있다고 연구진은 생각하고 있다.

우유에서 인슐린을 대량 생산하는 것과 관련하여, 여러분은 소를 위한 전문적이고 건강 상태가 높은 시설이 필요할 것이지만, 잘 확립된 우리의 유제품 산업에서는 그것은 전혀 평범하지 않다. 형질전환 젖소가 세계 당뇨병 환자들에게 인슐린을 공급하기 위해서는 FDA의 승인뿐만 아니라 인슐린 제품을 수집하고 정제하는 효율적인 시스템이 필요할 것이다. 그러나 연구진은 그런 날이 곧 올 것이라고 확신한다.

"저는 일리노이주나 위스콘신주의 소규모 낙농업에 해당하는 100두의 소규모 무리가 이 나라에 필요한 모든 인슐린을 생산할 수 있는 미래를 볼 수 있었습니다. 그리고 더 큰 무리가? 1년 안에 전 세계의 공급원이 될 수 있을 것입니다.“" 라고 휠러 박사가 현재 연구에 대해서 평가했다.

참조:
Paulo S. Monzani, Juliano R. Sangalli, Rafael V. Sampaio, Samuel Guemra, Renato Zanin, Paulo R. Adona, Maria A. Berlingieri, Luiz F. C. Cunha‐Filho, Irma Y. Mora‐ Ocampo, Carlos P. Pirovani, Flávio V. Meirelles, Matthew B. Wheeler, Otavio M. Ohashi. Human proinsulin production in the milk of transgenic cattle. Biotechnology Journal, 2024; 19 (3) DOI: 10.1002/biot.202300307