중국의 의약 고서인 「중화 본초」에 의하면, 해양 생물 중 180여 종이 500년 전에 이미 한약 재료로 활용되었으나 한약재의 육상 재배 기술 발전으로 인하여 현재는 약 10여 종 밖에 활용되지 않고 있다.
현재까지 해양 생물을 이용한 상업적 의약품으로 FDA에 의해 승인된 것은 항암, 진통, 고혈압, 바이러스 질환 등의 치료제로 활용되는 10여 종에 불과하며, 항암 및 치매 치료를 위한 12종이 임상 I, II, III 단계에 진행 중에 있다(표2 참조).
미국에서 1960년대부터 바다로부터의 의약품 개발을 위한 연구가 시작되어 최근 상품화된 대표적인 의약품으로는 유방암, 난소암에 효과가 있는 디뎀민 B(Didemin B), 백혈병에 효과가 있는 아라-C(Ara-C)와 같은 항암제 8종, 항생제로는 이스타미신(Istamycin), 아플라스모니신(Aplasmonycin) 등과 같은 항생제 6종이 있다. 그 외 마노알리드(Manoalide)와 같은 소염제도 있으며, 농약으로 시토키닌스(Cytokinins)와 같은 제초제 외 2종의 살충제가 해양 미생물과 동식물로부터 개발되었다. 1969년에 카리브해 우렁쉥이(E. turbinata)에서 분리된 트라백티딘(Trabactedin)은 2007년에야 비로소 항암(Sarcoma) 치료제로서 FDA 승인을 받았다.

표1. FDA 승인 해양 생물 유래 의약품

표2. 임상 중인 해양 생물 유래 의약품

이와 같이 미국에서 해양생물로부터 의약품을 개발하려는 노력이 열성적으로 이루어졌음에도 불구하고 의약품 개발 성공률이 저조했던 이유는 해양생물에 약리작용을 나타내는 생리활성물질이 극미량으로 존재하며, 일반적으로 독성이 매우 강하고, 복잡한 구조 때문에 합성이 어렵기 때문이었다. 그럼에도 불구하고 오늘날 미국, 일본, 유럽을 중심으로 해양생물로부터의 의약품 개발은 끊임없이 진행되고 있다.

항암 물질 개발
해양 생물로부터의 생리활성 물질 개발에 있어서 가장 활발히 연구되는 분야 중 하나는 항암제 개발이다. 항암제 개발 연구는 미국 국립암연구소(National Cancer Institute)가 주도하여 산학연 협동 연구에 의해 진행되고 있다. 미국 국립암연구소에서 다양한 해면동물에 대해 항암 효과를 검색한 결과에 따르면 해면류(Porifera), 멍게류(Tunicates), 경골류(Osteichthyes), 빗해파리류(Ctenophora) 등에서 높은 항암활성이 관찰되었다.
이 연구소는 백혈병, 폐암, 결장암, 중추 신경계 암, 흑색종, 난소 암, 신장 암, 전립선 암, 유방 암 등 60여 가지의 인체 암세포를 이용한 시험관 검색 방법을 구축했다. 1차적으로 특정 시효에 대해 60여 가지의 인체 암세포에 대한 검색을 실시하여 특정 암세포에 대한 선택적인 활성이 발견되면 이 인체 암세포를 쥐에 이식하여 동물 실험을 실시하게 된다. 이러한 시스템을 이용하여 논리적이고 효율적으로 항암 효과 검색을 시행할 수 있다. 매우 이상적인 시스템이지만 유지 비용이 엄청나기 때문에 일반 연구소에서는 채택하기 힘든 방법이다.
따라서 비용 부담이 적고 비교적 간단한 검색 방법들이 개발되었는데, 그 중 하나가 성게알 분석법(Sea urchin egg assay)이다. 갓 수정한 성게알은 신속하게 세포분열 과정을 거치게 되는데 이 과정에서 검색 시료가 미치는 영향을 항암효과의 지표로 삼는다. 이 방법은 세포분열 억제 물질을 추적하는데 유용할 뿐 만 아니라 항암 후보물질의 작용 기전을 연구하는 데에도 유용하다. 또한 신속한 결과를 얻을 수 있고 특별한 장비나 기술이 필요 없다는 장점이 있다.
Kwak 등은(2015) 해양미생물에서 분리한 스트렙토클로린(Streptochlorin)을 kg당 5mg 8주 동안 담관암 세포(Cholangiocarcinoma cell)를 가진 누드 마우스(BALB/c nude mouse model)에 투여하여 암세포 사멸, 증식, 침윤 등을 평가한 결과, 혈관내피 성장인자의 성장과 분비를 억제하고 세포사멸을 유도하였으며, 담관 암세포의 침윤과 이주를 효과적으로 저해하였고, 또한 암전이 효소인 MMP-9의 발현도 억제함을 확인하였다. 따라서 해양천연물인 스트렙토클로린은 담관암의 치료에 유망한 화학요법제로 활용될 수 있다고 보고하였다. 또한, Tsai(2023) 등은 연산호(Labophytum michaelae)에서 추출 분리한 해양천연물인 크레솔리드(Crassolide)가 유방암 세포 성장에 대한 항암 면역을 자극시켜 면역치료 효과가 있음을 밝혔고, 새로운 유방암 치료제로서 활용이 기대된다고 시사한바 있다.

약리 활성 물질 개발
홍조류(Digenea simplex)에서 분리한 아미노산의 일종인 카인산(L-a-kainic acid)은 체내 기생충(회충, 편충, 조충)의 탈수소효소(dehydrogenase) 활성 억제에 의한 조직의 호흡을 차단함으로써 기생충을 마비시키는 구충제로서 산토닌과 병용하여 오래전부터 사용되고 있다.
육식을 선호하는 서구인에 비해 어패류를 많이 섭취하는 에스키모인은 고혈압이나 심장병 등의 성인병 이환율이 매우 낮은 것으로 알려져 있다. 이러한 사실은 어류에 함유되어 있는 불포화지방산인 EPA(eicosapentaenoic acid) 및 DHA(docosahexaenoic acid)의 작용에 의한 것으로 밝혀졌다. EPA는 혈소판 응집 억제작용, 중성지방이나 콜레스테롤을 감소시키는 효과 등이 있는 것으로 밝혀져 1990년 일본에서 ‘폐쇄성 동맥경화증’의 치료제로 인가되어 시판되고 있다.
DHA 역시 상당히 다양한 약리작용이 기대되는 식품영양소 중 하나다. 지금까지 DHA의 약리작용에 관한 연구성과로 노인성 치매증의 개선효과, 칼슘기능의 향상, 항암작용, 항알레르기 작용, 지질저하작용 등이 밝혀져 일본에서는 의약품으로 인가되었다.
바다낚시의 먹이로 이용되는 환형동물인 갯지렁이의 사체에 파리들이 앉으면 죽는 사실에 근거하여 사체로부터 독의 본체인 네라이스톡신(Nereistoxin)이 분리되었다. 이것은 파리 이외의 다수 유해충류에 살균작용을 나타내었을 뿐만 아니라 포유동물에 대한 급성 독성이 비교적 낮아 많은 종류의 화합물이 합성되었으며, 그 중에서 온혈동물에 무독하며 생체 내에서나 자연 상태에서 분해되고, 특히 유기인제나 염소제에 저항성을 가진 곤충에 유효한 카르탭(cartap, 상품명 Padan)이 개발되어 농업용 살충제로 널리 이용되고 있다.

항염증 물질 개발
염증 반응은 궁극적으로 세포 내의 칼슘 이온의 방출과 이동에 의해 일어나며, 현재까지 염증 반응에 작용하는 것으로 알려진 많은 약물들은 인지질 대사나 칼슘 이온 이동을 조절함으로써 항염증 효과를 나타냈다. 그러므로 인산 지방질 가수분해효소나 칼슘 이온 이동을 저해하는 물질을 탐색하여 찾아내면 소염진통제 개발에 이용할 수 있으며, 해양 천연물 중에서도 강력한 항염증과 진통 작용을 나타내는 물질이 발견되고 있다.
해면동물(Luffariella variabilis)에서 분리한 세스터테르폐노이드 마노알리드(Sesterpnoid manoalide)는 강력한 항염증 효과를 나타내며, 카리브해의 해면(Pseudop terogorgia bipinnata)에서 분리한 슈도테로신(Pseudoterosine)도 강력한 항염증과 진통 효과를 나타내는 것으로 밝혀졌다. 이들은 염증 반응에서 아라키돈산(arachidonic acid) 대사 및 칼슘 이온 이동에 대한 연구에 많은 공헌을 한 바 있다.
현재 한국인 3명 중 1명이 알레르기 질환을 앓고 있으며, 5명 중 1명이 알레르기로 인한 비염과 천식에 시달리고 있다. 필자는 감태 추출물을 천식이 유발된 동물 모델에 처리한 폐 조직에서 염증세포 및 점액 분비물질이 현저히 억제되는 것을 확인하였다(그림2 참조).

또한, 감태에서 분리한 디에콜이 염증성 피부질환인 아토피 피부질환에도 효과가 있는 것으로 확인하였다. 아토피를 유발시킨 동물 모델의 털을 제거시킨 후, 디에콜이 함유된 감태추출물로 처리한 결과, 그림에서 나타난 바와 같이 아토피 유발군에 비해 감태 추출물로 처리한 군에서 치료 효과로 인해 각질이 완화되었을 뿐 아니라 아토피군에서 잘 자라지 않은 털이 감태 추출물에서 현저하게 자라는 것을 확인하였다(그림3 참조).

그 동안 천연자원으로부터 의약품 소재 개발은 주로 육상 생물 자원에 대하여 광범위하게 수행되어 이제는 그 연구대상이 매주 제한되어 있다. 이에 선진국에서는 육상과는 다른 특이한 생태계를 이루는 바다 환경으로 인하여 육상 생물에 존재하지 않는 강력한 생리활성물질을 발현하는 경우가 많다. 이로 말미암아 새로운 의약 소재의 탐색이 활발히 진행되고 있어 앞으로 육상생물자원에서 얻지 못한 난치병 치료제도 개발될 것으로 기대된다.

• Kwak,T.W. et al.(2015) Drug Design Development and Therapy, 9, 2201-2014
• Tsai, K. C. et al(2023) Marine Drugs, 21, 1-14
• 김세권(2013) 해양생명공학 pp.233-246 월드사이언스
• 김세권(2018) 바다를 알면 미래가 보인다 .283-291 월드사이언스
• Kim, S. K. et al. Antiviral Research 12, 5-11
• Kim, S. K. et al. Food and Chemical Toxicology, 47, 555-560