투유유

투유유 屠呦呦
출생	1930년 12월 30일(1930-12-30)(93세) 중화인민공화국 저장성 닝보 시
거주지	중화인민공화국 베이징 시
국적	중화인민공화국
주요 업적	중의학 아르테미시닌
수상	래스커상(2011년) 노벨 생리 의학상(2015년)
분야	약학 화학
소속	중국중의과학원

투유유(도유유, 중국어: 屠呦呦, 병음: Tú Yōuyōu, 1930년 12월 30일 ~ ) 박사는 중화인민공화국의 화학자이자 약리학자이다. 개똥쑥을 이용한 말라리아 치료 성분인 아르테미시닌(Artemisinin)을 발견해, 윌리엄 C. 캠벨 박사 및 오무라 사토시 박사와 함께 2015년 노벨 생리학·의학상을 수상했다. 또한 말라리아 치료의 공로를 인정받아 유네스코 국제 생명과학 연구상을 수상하며 세계적인 과학자로 인정받았다.

생애

1930년 중국 저장성의 닝보에서 태어났다. 이름의 유유는 사슴의 울음소리를 나타내는 말로, <시경>의 시구에서 따온 것이다. 닝보고등학교를 거쳐 1951년 베이징의학원(지금의 베이징대학교 의과대학) 약학과에 진학하여 식물학, 본초학, 식물분류학 등을 전공하고 1955년 졸업하였다. 졸업 후 중국전통의학아카데미의 전신인 중의연구원에서 근무하면서 1959년~1962년 사이에 2년 6개월간 중국 전통의학을 연구하였다. 1965년~1984년 부교수를 거쳐 1985년 정교수가 되었으며, 종신연구원 겸 수석연구원과 아르테미시닌 연구개발센터 주임으로 재직하였다.

약력

• 1936년 ~ 1941년:닝보사립숭덕초등학교 (전학)
• 1941년 ~ 1942년:닝보사립서초등학교 (졸업)
• 1942년 ~ 1946년:닝보사립기정중고등학교
• 1946년:닝보사립용강여자고등학교 (휴학)
• 1948년 ~ 1950년:닝보쇼고등학교
• 1950년 ~ 1951년:저장닝보고등학교 (졸업)
• 1951년 ~ 1955년:베이징의학원(전 베이핑대학교 의학원, 1952년 베이징의학원으로 독립) 약학과 (학사)
• 중국중의과학원 재직 중

주요 수상 경력

• 2011년 래스커상(Lasker Award)
• 2015년 워렌 알퍼트 재단 상(Warren Alpert Foundation Prize)
• 2015년 노벨 생리학·의학상
• 2016년 중국 최고과학기술자상
• 2019년 중국 공화국 훈장
• 2019년 유네스코 국제 생명과학 연구상

수상 경력 세부사항

• 중국인 최초의 래스커상(Lasker Award) 수상자
• 중국인 여성 최초의 노벨상 수상 및 중국인 최초의 노벨 생리학·의학상 수상자
• 2015년 노벨 생리학·의학상은 윌리엄 C. 캠벨, 오무라 사토시와 함께 수상

수상 세부 배경

아르테미시닌은 매년 200만명 이상을 사망에 이르게 하는 말라리아의 발병 초기 단계부터 기생충을 빠르게 박멸하여 개발도상국에서 말라리아의 피해를 줄이는 데 크게 기여하였다. 이러한 공로를 인정받아 2015년 아일랜드의 윌리엄 캠벨, 일본의 오무라 사토시와 함께 노벨생리의학상을 공동으로 수상하였다. 특히 투유유는 과학 부문의 노밸상을 수상한 여느 중국 과학자와 달리 박사 학위도 없고, 중국 과학계 최고 권위를 상징하는 원사 칭호도 없으며 해외 유학 경험도 없는 '3무 과학자'로서 이채를 띤다. 이밖에 2011년 래스커 의학 연구상을 비롯하여 중국 국가중대과학기술성과상(1978), 중국 국가발명상 2등상 (1979)등을 수상하였다.

국가최고과학기술상은 중국 국무원이 매년 한 차례 국내외 과학기술분야에 공헌한 이에게 수여하는 가장 권위있는 상으로 꼽힌다. 투유유 박사는 중국 중의학 연구자이자 중국 국내파 과학연구원으로는 최초로 노벨 생리의학상을 수상하여, 2015년 최고과학기술상의 유력한 후보로 지목된 바 있으나, 2015년 국무원은 최고과학기술상 수상자를 선정하지 않는 이례적인 모습을 보였다. 때문에 2016년에 진행된 투유유 박사의 2016 최고과학기술상 수상에 대해 '첫 여성 수상자'이자 '86세의 최고령 수상자'로 의미가 크다는 분석이 있다.

공화국 훈장은 중화인민공화국 성립 70주년을 경축하기 위하여, 신중국 건설과 발전에 걸출한 공헌을 한 공로를 표창하는 상이다. 2019년 공화국 훈장을 수여받은 사람은 투유유 박사 이외에도, 7명이 함께 수여받았다.

유네스코 국제 생명과학 연구상은 '인간의 삶의 질 향상을 이끈 생명과학 분야 우수 고학연구 프로젝트'로 투유유 박사, 미국의 의사 카토 로랑킨, 아일랜드 출신의 케빈 맥기건 교수와 함께 수상받았다. 투유유 박사는 세계적으로 기생충 질병에 대한 연구로 인정받고 있다. 유네스코는 보도자료를 통해 "그녀는 1980년대 중국에서 수천 명의 환자를 치료할 수 있었던 완전히 새로운 말라리아 치료제인 아르테미시닌을 발견했다."고 밝혔다.

업적

• 말라리아 치료 성분인 아르테미시닌(Artemisinin) 발견

아르테미시닌

정의

아르테미시닌과 아르테미시닌의 반합성 파생물들은 열대열원충으로 인한 말라리아에 대항하기 위해 사용되는 약물들을 두루 가리키는 말이다.

아르테미시닌 파생물(아르테미시닌 결합치료, ACT)을 동반하는 치료는 현재 Pfalciparium 말라리아에 대해 전 세계적으로 표준적인 치료로 간주된다.

아르테미시닌은 중의학에서 다루는 약초의 하나인 개똥쑥(Artemisia annua) 이라는 식물에서 분리한 것이다. 전구적 혼합물은 유전공학처리된 효모를 사용하여 생성할 수 있으며 이는 식물을 사용하는 것에 비해 훨씬 더 효율적이다.

개발 배경

말라리아는 매년 전세계적으로 70만명이 넘는 사람들을 죽음으로 몰고가는 질병으로, 열대 지방에 주로 분포한다. 여러 종류 중 가장 치명적인 것은 열대열원충(Plasmodium falciparum)이라는 미생물에 의한 것으로, 감염된 암컷 모기가 사람을 흡혈하는 과정에서 열대열원충이 혈액으로 들어오면서 사람에게도 감염된다. 베트남 전쟁 당시, 북 베트남의 요청으로 중국에서는 말라리아 치료제 개발을 목표로 하는 군사 기밀 프로젝트인 523항목을 시작했다. 이 프로젝트 하에서 투유유는 1969년 1월부터 중국 전통 약 처방 및 의서를 연구해 말라리아 치료제를 연구하는 팀을 이끌었으며, 1981년 베이징에서 개최된 말라리아 관련 세계보건기구(WHO) 방문 연구에서 아르테미시닌을 발표했다. 투유유 팀은 중국 전통 고서에서 2000 개의 처방 등을 조사했고, 그 중 380 종류의 약초 추출물을 쥐에 실험했다. 이중 개똥쑥 추출물이 기생충의 성장을 억제하는 결과를 보였다. 하지만 물을 끓여서 고온으로 추출하는 방식으로는 유효 성분이 제대로 추출되지 않았고, 투유유는 중국의 고대 의서인 주후비급방에서 나온 방식을 응용해 저온에서 에터(Ether)로 추출해 아르테미시닌을 제대로 추출할 수 있었다.

아르테미시닌의 구조

아르테미시닌(파란 색으로 표시된 부분은 트리옥세인 구조이고 빨간 색으로 표시된 부분이 엔도페록시드부분이다.)

아르테미니신의 구조는 오른쪽 그림과 같으며, 하이드록시기와 같은 친수성 작용기가 적어 에터(Ether) 등의 유기 용매에 잘 녹아 추출이 가능하다. 아르테미시닌은 그 자체로 독성이 강해 추출할 때에도 약의 작용과 상관없는 산성 부분을 없앤 뒤 추출하며, 이후 다른 여러 가지 형태로 전환해 독성을 줄인다. 또한, 아르테미시닌은 락톤(lactone) 구조를 갖고 있어 이 부분으로 인해 아르테미시닌의 안정성과 물에 대한 용해성이 떨어진다. 이외에도 아르테미시닌에는 트리옥세인(Trioxane) 구조가 있고, 그 안에 산소 원자 두 개가 일렬로 연결되어 있는 구조인 엔도페록시드(Endoperoxide)가 있다. 이 엔도페록시드 부분이 말라리아 기생충을 없애는 데에 중요한 역할을 한다.

아르테미시닌의 작용

• 아르테미시닌의 활성화(Bioactivation of artemisinin)

아르테미시닌은 트리옥세인(Trioxane) 부분의 엔도페록시드(Endoperoxide)가 분해가 되면서 유리기(free radical)이 생긴다. 이 유리기가 기생충을 공격해 항말라리아 작용을 하게 된다. 이때, 아르테미니신의 활성화가 일어나는 원리는 아직 밝혀지지 않았다. 이에 대한 두 가지 가설을 아래와 같다

1. 헴(Heme)에 의한 활성화
2. 철(Fe, 라틴어: ferrum, Iron) 이온에 의한 활성화

말라리아 기생충은 적혈구(Red blood cell)에 기생하면서, 적혈구 속의 헤모글로빈(Hemoglobin)을 분해한다. 기생충은 분해된 헤모글로빈에서 얻은 아미노산(Amino acid)을 자신의 에너지원으로 사용한다. 헴과 철 이온은 헤모글로빈에 풍부하기 때문에 기생충 몸 속에도 헴 분자와 철 이온이 많이 있게 된다. 따라서 두 가설 모두 아르테미시닌이 말라리아 기생충만을 선택적으로 공격할 수 있는 이유에 대한 설명으로 타당하다.

• 아르테미시닌의 공격 대상(target)

아르테미시닌이 말라리아 기생충의 어떤 부분을 공격하는 지에 관한 원리는 아직 밝혀지지 않았으나 유력한 네 가지의 가설이 있다.

1. 헴(Heme)을 알킬화(alkylation)

   아르테미시닌이 헴(Heme)을 알킬화해 비정상적인 헴이 기생충 내에 쌓이도록 해 기생충을 죽인다는 가설이다.

2. 헴이 아닌 다른 단백질(protein)을 알킬화(alkylation)

   아르테미시닌이 알킬화를 통해 항말라리아 작용을 하는 것은 맞지만, 그 분자가 헴이 아니라 다른 단백질이나 다른 특정 효소(enzyme)라는 주장이다.

3. PfATP6 기능을 저해

   PfATP6는 세포 내에서 에너지를 제공하는 아데노신 삼인산(이하, ATP, A0denosine triphosphate)를 분해해 세포의 칼슘 농도를 조절하는 효소이다. 이 주장은 아르테미시닌이 PfATP6를 저해해 기생충이 칼슘 농도 조절을 못해 죽게한다고 한다.

4. 세포막 손상

   유기 용매에 잘 녹는 아르테미시닌이 중성지방 사이에 축적되어 기생충의 세포막을 손상시켜서 기생충을 죽인다는 가설이다.

아르테미시닌의 부작용

아르테미시닌은 추출 단계와 전환 단계에서 독성을 줄인 유도체로 판매가 되고 있다. 이 유도체들은 기생충에 특이적으로 작용할 것으로 예상되는 메커니즘 때문에 그 부작용이 특히 적어 임산부도 복용이 가능한 것으로 알려져 있다. 그러나 투여량이 높았을 때 신경에 손상을 준 경우가 두 건 보고되었다.

아르테미시닌을 이용한 약

• 유도체

아르테미시닌 자체는 락톤(lactone) 구조에 의해 분자의 안정성과 물에 대한 용해도가 낮다. 따라서 기본적인 구조는 모두 아르테미시닌과 동일하면서 락톤 구조만을 변형한 유도체를 약으로 사용한다.

• 락톤 부분이 표시된 아르테미시닌

• 디하이드로아르테미시닌(Dihydroartemisinin)

• 아르테메터(Artemether)

• 아르테모틸(Artemotil)

• 아르테서네이트(Artesunate)

• 실제 치료의 적용

아르테미시닌은 효과가 뛰어난 말라리아 치료 성분으로, 세계보건기구(WHO, World Health Organization)에서는 아르테미시닌에 대해 내성을 가지는 기생충이 등장하는 것을 늦추기 위해 아르테미시닌의 단독 사용을 금지하고 있다. 따라서 아르테미니신은 다른 성분과 같이쓰는 치료법(Artemisinin-combination therapies, ACTs)을 사용해 말라리아를 치료한다.