KAIST, 미생물로 고효율 루테인 생산한다
KAIST, 미생물로 고효율 루테인 생산한다
  • 뉴시스
  • 승인 2022.08.17 13:42
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이상엽 특훈교수팀, 값싼 글리세롤 이용해 루테인 생산 성공
시스템 대사공학과 전자채널링 시스템으로 대장균 균주 개발
미생물 기반 의약품과 영양보조제 등 쉽게…국제 학술지 게재
 루테인 생산 대사회로 조작 개요도.  

김양수 기자 = 국내연구진이 미생물을 이용한 고효율 루테인 생산기술을 처음으로 개발했다.

KAIST는 생명화학공학과 박선영 박사와 은현민 박사과정생, 이상엽 특훈교수 연구팀이 루테인을 생산하는 미생물 균주를 개발했다고 17일 밝혔다.

노안, 백내장 등의 예방 및 치료 효과가 있는 루테인(lutein)은 계란의 난황과 과일 등에 함유된 영양물질이다.

현재 시장에 공급되고 있는 루테인은 주로 금잔화(marigold) 꽃에서 추출되지만 대량으로 공급하기에 한계가 있어 화학적 합성법이 제시되고 있으나 이 또한 비대칭적인 화학구조와 다양한 이성질체의 존재로 효율성이 높지 않다.

이상엽 특훈교수팀은 미생물의 대사회로를 조작하는 기술인 대사공학을 이용해 대장균 내 루테인 생산 대사회로를 구축했다.

이를 통해 값싼 바이오매스의 주원료인 글리세롤을 탄소원으로 사용해 고부가가치의 루테인을 생산하는 대장균 균주를 개발했다.

시스템 대사공학은 효과적인 미생물 균주 개발을 위해 필요한 핵심 전략으로 이상엽 특훈교수가 창시한 연구분야다.

연구팀은 또 개발한 대장균 균주에 추가로 시스템 대사공학 기술과 대사회로의 전자 채널링 전략을 도입, 대장균으로부터 루테인을 고효율로 생산할 수 있는 기술개발에 성공했다.

연구팀에 따르면 대사회로 상 여러 생화학적 반응에 관여하는 효소는 원하는 목표 화학물질로의 대사 흐름을 방해하기에 그동안 루테인을 특정량 이상으로 생산할 수 없었다.

 KAIST가 미생물 이용해 고효율 루테인 생산 기술을 처음으로 개발하고 연구결과를 국제 학술지 '네이쳐 카탈리시스(Nature Catalaysis)'에 발표했다. 왼쪽부터 박선영 박사(제1 저자), 은현민 박사과정생(제2 저자), 이상엽 교수(교신저자)

이에 따라 연구팀은 병목단계의 효소들을 그룹화해 세포 내 효소주변의 기질들과 전자들의 농도를 높일 수 있는 기질 채널링 및 전자 채널링 효과를 만들었으며 이를 통해 루테인 생산을 위한 대사흐름을 강화하면서 대장균을 이용해 루테인을 고효율로 생산하는 데 성공했다고 설명했다.

이어 연구팀은 동일한 전자 채널링 전략을 사용해 대장균에서 자몽의 향기 성분인 누카톤(nootkatone)과 항노화 천연화합물인 아피게닌(apigenin) 등을 생산하는 데도 성공했다.

연구 결과는 국제 학술지인 '네이쳐 카탈리시스(Nature Catalaysis)'에 지난 4일 게재됐다.(논문명:Metabolic engineering of Escherichia coli with electron channeling for the production of natural products.이상엽(교신저자), 박선영(제1저자), 은현민( 제2저자), 이문희(제3저자))

박선영 박사는 "기존 비효율적인 추출법을 대체할 수 있는 미생물 기반의 고효율 루테인 생산 기술을 개발했다"며 "이번 기술을 활용해 미생물 기반 의약품, 영양 보조제 등의 제품을 만드는 게 수월해 질 것"이라고 말했다.


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