현재 인간이 일반적으로 이용하는 의료용 단백질은 대개 동물세포 배양기술에 의하여 생산되고 있다. 그러나 제한된 특정 시설에서 생산되기 때문에 생산 단가가 높아서 전세계의 수요가 증가함에도 불구하고 일반화하는 데는 한계가 있는 실정이다. 이러한 문제를 극복하기 위하여 오래전부터 식물시스템을 이용하여 의료용 단백질을 생산하는 연구가 관심을 끌고 있다. 즉 쉽게 규모화할 수 있고 생산비용 효과도 경제적이고 동물세포보다 더 안전하게 의료용 단백질 생산할 수 있는 수단이 될 수 있기 때문이다. 이를 위하여 식물에 안정적으로 유전자를 핵 게놈과 엽록체 게놈에 형질전환 시키는 기술과 바이러스 운반체를 이용하여 일시적 발현을 유도함으로 의료용 단백질을 생산하는 기술이 개발되고 있다. 최근 해체 바이러스 기반의 운반체 개발은 재조합 단백질을 빠르고 일시적 발현으로 대량생산을 가능하게 하고 있다. 따라서 이 바이러스 발현시스템이 적절한 식물기반의 대량생산을 위한 플렛폼을 제공하고 있다. 따라서 본 총설은 식물로부터 의료용 단백질을 생산하는데 있어서 식물 바이러스발현 시스템 개발 및 이용에 대하여 기술하였다.

시스타틴(cystatin: CST)은 C1A류 시스테인 단백질분해효소에 대한 경쟁적 가역억제자로서 동식물류에서 파파인과 같은 캐셉신을 억제 대상으로 작용하게 된다. 바이러스 유래 CST (CpBV-CST1)이 폴리드나바이러스의 일종인 CpBV (Cotesia plutellae bracovirus)에서 동정되었 다. 기존 연구는 이 유전자의 과발현이 배추좀나방(Plutella xylostella) 유충의 면역 및 발육을 교란한다는 것을 보여 주었다. 본 연구는 이 유전자 의 단백질 기능을 분석하기 위해 세균발현시스템을 이용하여 재조합단백질(rCpBV-CST1)을 형성하여 단백질분해효소에 대한 활성억제효과를 결정하고, 곤충의 면역과 발육에 대한 생리적 억제효과를 분석했다. 이 유전자 번역부위는 138 개 아미노산으로 약 15 kDa 크기의 단백질로 추 정되었다. CpBV-CST1이 먼저 pGEX 발현벡터에 재조합되고, BL21 STAR (DE3) competent cells에 형질전환된 후 0.5 mM IPTG로 4 시 간동안 과발현되었다. 분리된 재조합단백질은 파파인에 대한 뚜렷한 억제효과를 나타냈다. 이 재조합단백질은 파밤나방(Spodoptera exigua)에 대 해서 혈구소낭형성의 세포성 면역반응을 억제하고, 경구로 처리할 때 배추좀나방의 유충발육을 처리 농도에 비례하여 제한시켰다. 이상의 결과 는 CpBV-CST1이 해충 밀도 억제에 응용될 수 있음을 제시하고 있다.

배큘로바이러스를 이용한 유용단백질 생산량 증대를 위하여 여러 가지 방법이 개발되어지고 있다. 그 중 기존 AcNPV의 다각체 단백질 부분을 이용하여 목적단 백질의 N-말단 부위에 융합 발현함에 따라 목적 단백질의 발현량을 증대시킬수 있 는 다각체 단백질 부분 융합 시스템이 개발되었다. 본 연구에서는 이 시스템의 누에 를 이용한 목적 단백질의 생산 적용성을 확인하기 위하여 기존 보고와 동일한 다각 체 단백질 서열 7가지를 이용하고자 하였다. BmNPV 전이벡터를 이용하여 7가지 다각체 단백질 각 서열과 형광단백질을 가진 각각의 재조합 바이러스를 제작하였 다. 각 융합단백질은 누에를 이용하여 발현을 유도하였으며, 누에의 혈림프와 지방 체를 수거하여 각각 SDS-PAGE 및 Anti-EGFP monoclonal 항체를 이용한 Western blot 분석으로 그 발현을 확인하였다. 그 결과, 각 융합단백질은 형광단백 질 크기인 27 kDa과 다각체 단백질 각 부분을 융합한 크기에서 확인되었다. 융합단 백질은 비융합단백질과의 발현량을 비교하였을 때 발현량이 증대되는 양상을 나 타내었다. 이와 같이, 다각체 단백질 부분 융합을 통한 유용단백질을 생산하는데 누에를 이용함으로써 효율적인 단백질 대량생산에 이용 가능성 및 생산비용 절감 의 이점이 있을 것이라 생각된다.

돼지 써코바이러스 2형(porcine circovirus type 2)은 단일가닥 원형DNA바이러 스이며 돼지에 심각한 질병을 일으키는 돼지이유자돈전신성소모성 증후군의 주요 한 인자로 알려져 있다. 돼지 써코바이러스 2형은 2개의 주요한 ORF를 가지고 있 으며 ORF1은 바이러스의 복제, ORF2는 캡시드단백질의 형성에 관여한다. 이 중, ORF2의 해독에 의해 생성된 캡시드단백질은 바이러스의 구조형성 뿐만 아니라 항 원단백질로써 알려져 있으며, 이에 따라 본 연구에서는 베큘러바이러스 다각체 단 백질과 부분 융합에 의한 돼지 써코바이러스 2형 구조단백질의 재조합 발현을 확 인하였다. 발현된 단백질은 SDS-PAGE 상에서 분석하였고, 항-돼지 혈청, 항 -PCV2 ORF2 단일항체 그리고 히스텍 항체를 사용하여 Western blot 분석으로 확 인하였다. 그 결과 재조합 단백질은 재조합 바이러스 접종 후 2일째부터 발현이 나 타나며 4일째 최대 발현하는 것을 확인하였다. 또한 다각체 단백질과 부분 융합한 바이러스는 비융합 바이러스보다 재조합 단백질 생산이 증대 되었으며, 이는 다각 체 단백질과 부분 융합을 이용한 돼지 써코바이러스 2형 구조단백질 ORF2의 발현 을 향상 시킬 수 있음을 보여준다.

돼지 생식기 호흡기 증후군 바이러스(PRRSV)는 당단백질(GP)2, 3, 4, 5, 및 막단백질(M), 그리고 뉴클레오캡시드(N) 등 6개의 구조단백질을 내포하고 있 으며 이들은 각각 ORF2-7 으로부터 암호화된다. 본 연구에서는, 누에 핵다각 체병 바이러스(BmNPV)의 다각체 단백질 프로모터와 6개의 히스티딘 단편이 부착된 새로운 전이벡터인 pBmKSK4를 제작하여 각각의 구조단백질을 발현 시켰다. 목적유전자와 재조합된 전이벡터는 Bm5 세포에 bBpGOZA와 cotransfection 시킨 후, 순수 재조합 바이러스를 정제하여 사용하였다. 발현된 각각의 단백 질은 SDS-PAGE 분석 및 항-히스티딘 항체와 PRRSV 항체를 사용한 Western blot 분석으로 확인하였다. 그 결과, N 단백질만이 SDS-PAGE 상에서 발현이 가능하였고 나머지 구조 단백질은 항체수준에서만 발현을 확인할 수 있었다. 그러나 GP5는 다른 단백질에 비해 발현이 매우 저조하게 나타났는데, 그 이 유는 GP5 단백질의 Bm5 세포에 대한 독성으로 추정되었다. 각 단백질 발현 율의 향상을 위해 SUMO 유전자를 도입한 결과, 항원단백질의 발현율이 기존 보다 높아짐을 알 수 있었다. 이와 같이, 베큘로바이러스를 이용한 각 구조단 백질의 높은 발현은 돼지 생식기 호흡기 증후군 바이러스의 효과적인 백신 개발 가능성을 시사해준다.

Autographa californica 핵다각체병 바이러스(AcNPV)의 다각체 단백질과 초록색 형광 단백질의 융합단백질의 특성을 분석하였다. 초록색 형광 단백질 유전자는 AcNPV의 완전한 다각체 단백질 유전자의 앞쪽과 뒤쪽에 융합하여 다각체 단백질 유전자의 프로모터 조절하에 도입하였다. 이렇게 작성된 재조합 바이러스를 각각 Ac-GFPPOL 또는 Ac-POLGFP이라고 명명하였다. 이들 재조합 바이러스에 의해 감염된 곤충세포주에서는 56kDa의 융합단백질이 발현되었다. 한편, 흥미롭게도 재조합 바이러스 Ac-POLGFP에 의해 감염된 세포주에서는 초록색 형광이 핵내에서만 다각체 유사 granular particle 형태로 관찰되었다. 반면에 Ac-GFPPOP에 의해 감염된 세포도주에서는 대부분 핵내에 존재하였지만, 세포질과 핵 모두에서 초록색 형광을 관찰할 수 있었다. 그러나 발현된 융합단백질은 분명히 다각체단백질을 포함하고 있음에도 다각체는 형성하지 않았다. 이러한 결과들은 융합단백질에서 다각체단백질의 위치와 관련이 있는 것으로 보여진다.

남부지방에서 분리한 곤충병원성곰팡이 Beauveria bassiana GY1-17균주를 이용하여 산림해충인 오리나무잎벌레(Agelastica coerulea), 밤나무혹나방(Meganola melancholica), 회양목명나방(Glyphodes perspectalis), 잔디해충인 등얼룩풍뎅이(Blitopertha orientalis), 채소해충인 배추좀나방(Plutella xylostella) 및 거세미나방(Agrotis segetum)의 생물적 방제 가능성을 알아보기 위하여 실험한 결과, 오리나무잎벌레와 배추좀나방유충은 7.0~2.0 conidia/ml 농도에서 처리 7일과 5일후 100%의 치사율을 나타내었다. 밤나무혹나방유충은 0.03875~3.1 conidia/ml 처리에서 66.7~100%의 높은 치사율을 보였으나 회양목명나방유충은 2.0~2.0conidia/ml 처리에서도 전혀 치사되지 않았다. 등얼룩풍뎅이유충은 3.7 conidia/ml 농도에서 46.7%의 치사율을 보였고, 거세미나방유충은 2.5 conidia/ml 농도에서 63.3% 치사율을 나타내었다.

흰 불나방 핵 다각체바이러스(Hyphantria cunea nuclear Palyhedrosis virus: HcNPV) 다각체 단백질 유전자포함 절편의 탐색과 클로닝을 행하였다. Autographa cahfornica NPV EeoRI-I 절편 (약 7.3 kb), Bombyx mori NPV PstI-F 절편 (약 7 kb) 및 합성 oligonucleotide ( 3D-mer) 를 probe로 한 southern hybridization을 행하여 HcNPV PstI - L 절편 (5.3 kb)을 탐색하고, pUC18을 이용하여 E. coli에 형질전환시켜 클로닝하였다. 클로닝한 plasmid의 EeoRI, SaIl, Kpnl, HindIII, SacI 및 AvaI의 제한효소지도를 작성하고 pHeP-L(8.0 kb)이라 명명히였으며, 이를 다시 pHcP-Ll(4.7 kb), pHcP-L2(7.1 kb), pHcP-L3(5.3 kb), pHcP-L4(4.2 kb) 및 pHeP-L5(4.5 kb)로 subeloning 하였다.