신개념 대사공학은 물질대사 과정에 유전자 재조합 기술 등을 활용, 대사회로를 변화시키거나 새롭게 만드는 기술이다.
과학기술연합대학원대학교(UST)는 석ㆍ박사 통합과정 김현주(한국생명공학연구원 캠퍼스ㆍ시스템생명공학)학생이 1저자, 이상준 지도교수가 교신저자로 참여한 관련 연구 논문이 미국 대사공학 분야의 국제학술지 ‘메타볼릭 엔지니어링에 게재됐다고 15일 밝혔다.
이번 연구성과는 중심대사경로가 대사에 지배적인 역할을 한다는 기존 이론에서 탈피, 상대적으로 덜 중요하게 여겨지던 수천 개의 유전자 중 산화환원 관련 효소유전자 및 그 대사경로를 조작해 이들의 물질대사를 분석하고 이를 입증했다.
연구팀은 중심대사경로에 의존적인 기존의 대사공학 기술로는 찾지 못하는 아미노산 및 핵산 대사에 관여하는 유전자의 돌연변이가 젖산 생산에 큰 역할을 한다는 것을 입증했다.
직접적인 대사경로 조절이 아닌 세포 내의 효소유전자를 조절함으로써 산화환원균형을 제어하고 이를 통해 미생물 물질 대사 흐름을 효과적으로 제어할 수 있다는 새로운 사실을 밝혀낸 것.
또 젖산, 숙신산, 에탄올 등의 발효산물을 과량 생산하는 균주를 선별하고 이들을 개량해 야생 대장균보다 젖산 생산력이 10배가량 향상된 변이 미생물을 제조하는데도 성공했다.
연구팀은 실험적 검증을 위해 시스템대사공학을 활용, 대장균의 유전체 정보로부터 대사경로 및 산화환원에 관련된 효소유전자를 선별하고, 이들의 결실균주를 산소가 없는 상태에서 미생물을 배양했을 때 나타나는 세포의 성장 및 대사산물을 측정해 물질대사와 에너지대사의 상관관계를 분석하고 입증했다.
김현주 학생은 “전통적인 방식과 다른 대사공학 방법론이 성공적으로 입증되고 효율성 높은 결과를 보인 만큼, 향후 비중심대사경로 기반의 대사공학 연구 활성화에 도움이 될 것”이라고 말했다.
이상준 교수는 “최근 친환경적 생분해성 플라스틱의 원료로서 젖산 수요가 증가되고 있다”며 “향후 유전체공학기술을 이용해 효율적 물질 생산이 가능한 고기능성 균주 개발이 가능해 질 것”이라고 말했다.
