개똥쑥

1. 개요

개똥쑥(Artemisia annua)은 국화과에 속하는 단일년생 식물로, 아시아와 동유럽을 중심으로 유라시아 대륙에 널리 분포한다. 잎에서 강한 향기가 나며, 키는 최대 2m까지 자란다. 개똥쑥은 전통적으로 중의학에서 해열제로 사용되었으며, 1970년대에 아르테미시닌이 발견되면서 말라리아 치료에 중요한 역할을 하게 되었다. 아르테미시닌은 말라리아 원충을 파괴하는 작용 기전을 가지며, 아르테미시닌 기반 복합 치료법(ACT)이 말라리아 치료에 널리 사용되고 있다. 최근에는 코로나19 치료 가능성에 대한 연구가 진행 중이다.

2. 식물학적 특징

개똥쑥은 국화과에 속하는 식물로, 곧게 선 줄기와 깊게 갈라지는 잎, 그리고 강한 향기가 특징이다. 잎의 아르테미시닌 함량은 건조 상태에서 0%에서 1.5% 사이이다.

2.1. 형태

줄기는 곧게 서며, 높이는 1-2미터(m) 정도이고 털이 없다. 하부는 굵기가 1센티미터(cm)에 달하며 목질화된다. 상부에서는 가지가 많이 갈라진다. 젊을 때는 녹색이지만 나중에는 갈색으로 변한다.

잎은 어긋나기하며, 3회 깃털 모양으로 깊게 갈라지며, 최종 열편은 폭 0.3밀리미터(mm) 정도로 가늘어진다. 잎 표면에는 미세한 털이 있다.

2.2. 생태

개똥쑥(Artemisia annua)은 국화과에 속하는 단일년생 단일식물이다. 줄기는 곧게 서며 갈색 또는 자색을 띤 갈색이다. 식물 자체는 털이 없으며, 자연 상태에서는 30cm~100cm까지 자라지만, 재배 시에는 200cm까지 자랄 수 있다. 잎은 길이 3cm~5cm이며, 깊게 갈라져 2~3개의 작은 잎으로 나뉜다. 잎의 강렬한 방향성 향기가 특징적이다.

전체에 강한 냄새가 난다. 줄기는 곧게 서며, 높이는 1m~2m 정도이고, 털이 없다. 하부는 굵기가 1cm에 달하며, 목질화된다. 상부에서는 잘 분기한다. 젊을 때는 녹색이지만 나중에는 갈색으로 변한다.

잎은 어긋나기하며, 길이는 2cm~7cm이다. 3회 깃털 모양으로 깊게 갈라지며, 최종 열편은 폭 0.3mm 정도로 가늘어진다. 표면에는 미세한 털이 있다. 잎자루는 길이 1cm~2cm 정도이며, 기부는 반쯤 줄기를 감싼다. 하부의 잎은 개화기에 시든다. 일조 시간 13.5시간을 경계로 하는 단일 식물이다.

개화기는 8~10월이다. 대형 원추 꽃차례에 다수의 두화가 붙는다. 두화는 아래쪽을 향하며, 구형으로 직경 1.5mm~2.5mm 정도이다. 총포편은 3~4층으로 배열되며, 외편은 가늘고 길며 녹색, 중·내편은 장타원형으로 주변은 반투명한 막질이며 중앙부는 녹색이다. 꽃은 노란색 통상화로 선점이 있으며, 두화의 중앙부에는 양성화, 주변부에는 암꽃이 붙는다. 암꽃은 가는 통상으로 선단부가 2~3개로 갈라지며, 암술은 화관 밖으로 뻗어 나와 선단부가 2개로 갈라진다. 양성화의 화관은 5개로 갈라지며, 약이 합착된 5개의 수술을 가지며, 암술은 화관과 거의 같은 길이가 된다. 자연계에서의 수분은 충매 및 풍매이다.

수과는 길이 6mm 정도로 관모가 없다. 염색체 수는 2n = 18이다.

2.3. 꽃과 열매

개화기는 8-10월이며, 작은 녹황색 꽃이 느슨한 원추 꽃차례로 배열된다. 꽃의 지름은 2-2.5mm이다. 黄花蒿^중국어 씨앗은 지름이 0.6–0.8mm에 불과한 갈색의 수과이며, 관모가 없다.

3. 분포

유라시아 대륙이 원산지로, 아시아에서 동유럽에 걸쳐 넓은 지역에 분포한다。중국에서는 길가나 황무지에서 초원, 반사막 지대까지 전역에 널리 분포하며, 동부에서는 해발 1500m 이하, 서부에서는 2000m에서 3000m까지, 티베트에서는 3650m 지점까지 분포한다。 미국과 캐나다에도 도입되어, 퀘벡주와 온타리오주 및 미국 동부 및 중서부에 이르는 넓은 지역에 분포한다。일본에는 약용 식물로 건너와 현재는 야생화되어 혼슈 이남의 밭, 목초지, 황무지, 시가지 길가 등에 자란다。

4. 재배

--
개똥쑥은 파종부터 수확까지 보통 190~240일이 걸리며, 생산 지역의 기후와 고도에 따라 생육 기간이 달라진다. 아르테미시닌 함량이 가장 높은 개화기에 수확한다. 개똥쑥 재배지의 건조 잎 수확량은 헥타르(ha)당 0.5~3톤(t)이다.

개똥쑥은 잡초 제거를 쉽게 하기 위해 줄뿌림하는 것이 가장 좋다. 제초제는 일반적으로 사용하지 않기 때문에 잡초 제거는 기계나 손으로 해야 한다. 제곱미터(m²)당 1.4~2개의 씨앗을 파종하는 것이 좋다.

4.1. 재배 환경

개똥쑥은 맑고 따뜻한 기후를 선호하며, 최적 생육 온도는 20°C~25°C이다. 적절한 성숙을 위해서는 연간 3500°C~5000°C의 온도 합(1년 동안 10°C 이상의 온도 합)이 필요하다. 생육 기간 동안의 강수량은 600mm 미만(연간 강수량 1150mm 이상)이어야 한다. 특히 개똥쑥의 묘목은 가뭄이나 물에 잠기는 것에 약하다. 반면 성숙한 식물은 이러한 기후 조건에 상당히 강하다. 개똥쑥은 표토가 깊고 배수가 잘 되는 가벼운 토양에서 잘 자라지만, 다양한 토양 유형에 적응할 수 있다고 알려져 있다.

4.2. 비료 및 관리

개똥쑥은 비료 요구량이 낮은 편이다. 칼륨은 밑거름으로 사용해야 하며, 식물은 생육 기간 동안 칼륨을 흡수한다. 질소는 초기 분지 단계에 필요하며, 약 70kg/ha의 양으로 충분하다. 인산염은 개화 단계에 필요하며, 인산염 비료는 잎의 아르테미시닌 함량을 높일 수 있다. 식물 수확 직전에 잎에 살리실산을 처리하면 아르테미시닌 함량을 높일 수도 있다.

4.3. 수확 및 건조

개똥쑥은 개화기에 수확하며, 이때 아르테미시닌 함량이 가장 높다. 수확한 식물은 햇볕이나 오븐에서 건조시킨다. 건조된 잎은 디하이드로아르테미시닌산과 아르테미시닌산이 아르테미시닌으로 전환되어 아르테미시닌 함량이 높아진다. 45 °C에서 24시간 동안 건조하면 아르테미시닌이 증가하고 잎의 항산화 능력이 유지된다고 보고된다.

건조된 가지는 흔들거나 두드려서 줄기에서 잎을 분리한다. 분리된 잎은 천 가방에 담아 추가 가공을 위해 배송한다. 최적의 보관 조건은 20 °C, 상대 습도 85% (RH) 또는 30 °C, 상대 습도 30–40%이다.

5. 전통 의학에서의 이용

중의학에서는 열을 치료하기 위해 개똥쑥을 열탕으로 조제한다. 전통적인 중의학에서는 해열에 이용되었다. 1967년에 시작된 중국 인민해방군 군사 프로젝트에서 개똥쑥의 에테르 추출물이 말라리아에 경이적인 효과를 나타내는 것이 발견되었고, 1972년에는 그 주요 유효 성분으로 아르테미시닌이 동정되었다.

6. 아르테미시닌과 말라리아 치료

개똥쑥은 항말라리아 성분인 아르테미시닌을 함유하고 있다. 1971년, 과학자들은 이 식물 추출물이 영장류 모델에서 말라리아 억제 활성을 보인다는 것을 입증했으며, 1972년에는 활성 성분이 분리되어 그 화학 구조가 밝혀졌다. 아르테미시닌은 다이에틸 에테르와 같은 저비점 용매를 사용하여 추출할 수 있으며, 잎, 줄기, 꽃차례의 샘 털에서 발견되며, 새로운 성장 부분의 식물 상단에 집중되어 있다.

투유유를 비롯한 연구진은 프로젝트 523이라는 군사 프로젝트를 통해 전통 의학 약전 연구를 진행하던 중 이 약초에서 아르테미시닌을 처음 분리하였다. 1967년에 시작된 중국 인민해방군 군사 프로젝트인 프로젝트 523에서 개똥쑥의 에테르 추출물이 말라리아에 효과가 있다는 것이 발견되었고, 1972년에는 아르테미시닌이 주요 유효 성분으로 밝혀졌다. 전통적인 중의학에서는 개똥쑥이 해열에 이용된다.

A. annua는 쿠마린, 플라본, 플라보놀, 페놀산과 같은 폴리페놀을 포함한 다양한 식물화학물질을 함유하고 있으며, 이들은 생체 내에서 알려지지 않은 생물학적 특성을 가지고 있다. 다른 식물화학물질에는 38개의 세스퀴테르펜이 포함된다. 디하이드로아르테미시닌은 아르테미시닌의 활성 대사 산물이며, 아르테수네이트는 아르테미시닌의 수용성 유도체이다.

물이나 소변으로 만든 'A. annua' 차의 말라리아 치료 효과는 의심스러우며, 세계 보건 기구(WHO)는 이를 권장하지 않는다. 연구에 따르면 아르테미시닌은 물에 녹지 않으며, 이러한 주입액의 농도는 말라리아를 치료하기에 충분하지 않다고 여겨진다. 2012년 리뷰에서는 아르테미시닌 기반 치료법이 말라리아 치료에 가장 효과적인 약물이라고 밝혔다.

WHO는 리메트(코아템)를 승인했는데, 이 약물은 루메판트린(120 mg)과 아르테메테르(에테르로 추출한 아르테미시닌 유도체, 20 mg)의 복합제로, 이틀에 걸쳐 반복 치료를 통해 말라리아에 대해 최대 98%의 효능을 나타낸다.

6.1. 아르테미시닌 발견과 투유유 교수

투유유는 1970년대에 개똥쑥을 이용한 말라리아 치료제 개발 연구를 통해 아르테미시닌을 발견하였고, 이 공로로 2015년 노벨 생리학·의학상을 공동 수상했다. 투유유는 저온 에테르 기반 추출법을 사용하여 개선된 추출물을 얻었으며, 아르테미시닌 유도체인 아르테메테르가 효과적인 항말라리아 약물임을 추가로 입증했다.

아르테미시닌은 세스퀴테르펜 락톤으로 엔도과산화물 다리를 가지고 있으며, 항말라리아 약물로 생산되었다.

6.2. 작용 기전

아르테미시닌의 작용 기전은 철에 의한 엔도페록사이드 다리 절단을 포함한다. 이로 인해 자유 라디칼이 생성되어 산화 스트레스를 유발하고, 말라리아 기생충 세포 내 생체 고분자를 손상시킨다. 말라리아는 주로 적혈구에 서식하며 철이 풍부한 헴 그룹(헤모조인 형태)을 포함하는 아피콤플렉스충(주로 열대열 말라리아 원충)에 의해 발생한다.

6.3. 아르테미시닌 내성

2013년을 기준으로 말라리아 병원체가 아르테미시닌 기반 약물에 내성을 갖게 되는 현상이 나타나고 있다. 특히 캄보디아와 태국 국경 지역에서 아르테미시닌 내성이 확인되었다. 세계 보건 기구(WHO)는 비복잡성 말라리아 치료에 아르테미시닌 기반 치료법을 권장하지만, 이러한 내성 문제는 우려를 낳고 있다. 아르테미시닌 내성 발생의 주요 원인 중 하나는 아르테미시닌 기반 치료법의 사용이다. 현재 유망한 약초 대체제가 개발되고 있으나, 말라리아 근절을 위한 가장 확실한 해결책은 효과적인 백신 개발이 될 것이다. 아르테미시닌 내성은 전 세계 다른 말라리아 유행 지역으로 확산될 가능성이 있어, 이에 대한 지속적인 감시와 연구가 필요하다.

7. 코로나19 관련 연구

최근 개똥쑥 추출물이 코로나19에 대한 항바이러스 효과를 보인다는 연구 결과가 발표되면서 주목받고 있다.

2020년 4월 30일, 마다가스카르의 안드리 라조엘리나 대통령이 코로나19의 예방과 치료에 효과가 있다고 하면서 개똥쑥을 달인 허브차 'Covid-Organics'를 TV 카메라 앞에서 마시는 것을 계기로, 개똥쑥은 새로운 각광을 받게 되었다.

WHO는 당초 코로나19 치료제가 될 수 있다고 알려진 약용 식물에 대해서는 효과와 부작용, 안전성 등의 시험이 필요하다며 개똥쑥 등을 이용한 대체 의학에 대해 경고했으나, 2020년 9월 19일에 이르러 코로나19 치료법이 될 가능성이 있다고 하여, WHO는 개똥쑥을 포함한 약초를 사용한 식물 요법의 임상 시험 계획을 승인했다。

2021년 1월 8일, 컬럼비아 대학교와 워싱턴 대학교, 우스터 공과대학교 연구진은 열탕으로 추출한 개똥쑥 잎의 엑기스가 코로나19에 대해 항바이러스 활성을 나타냈다고 발표했다。

다만, 본 연구에서는 항말라리아제인 아르테미시닌 가공 약물인 아르테스네이트, 알테메테르, 디히드로아르테미시닌은 모두 코로나바이러스에 효과가 없었고, 항바이러스 활성을 나타낸 것은 개똥쑥 건조 잎의 열탕 추출물이었다。이로 인해 연구 그룹의 파멜라 웨더스 대표는 개똥쑥은 아마 아르테미시닌의 효력에 의해 코로나19에 효과를 나타내는 것이 아니라, 자체적으로 함유하고 있는 다른 성분의 조합에 의해 작용을 미치는 것이라고 지적한다。 향후 동향이 주목된다.

8. 기타 식물화학물질

개똥쑥(Artemisia annua)은 쿠마린, 플라본, 플라보놀, 페놀산 등 다양한 식물화학물질을 함유하고 있으며, 이들의 생체 내 생물학적 특성은 아직 알려지지 않았다. 이 외에도 38개의 세스퀴테르펜이 포함되어 있다.