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친환경 바이오 기반 미생물 균주 개발
다양한 분야에 활용 기대고농도의 글루타르산 생성능을 가지는 코리네박테리움 글루타미쿰의 제작을 위한 시스템 대사공학 전략

[아시아경제 황준호 기자] 미생물을 활용해 폴리에스터, 나일론 제조에 쓰이는 산업 원료인 글루타르산을 세계 최고 수준으로 뽑아낼 수 있는 기술이 개발됐다. 연구진은 생산 효율을 더욱 높인다면, 화학·환경·의료 분야 등에 활용할 수 있을 것으로 기대했다.

이상엽 한국과학기술원 특훈교수 연구팀은 이같은 연구 결과를 최근 미국 국립과학원 회보에 실었다고 19일 밝혔다. 이 교수의 연구팀은 토양 세균의 일종인 '수도모나스 푸티다' 균주의 유전자를 대장균에 도입해 글루타르산을 생산하는 미생물 개발하는데 성공한 바 있다. 이번 연구에서는 미생물이 생산하는 글루타르산의 농도를 높이는데 성공했다.

연구팀은 아미노산 생산에 주로 이용되는 세균의 일종인 '코리네박테리움 글루타미쿰'을 활용했다. 이 균주가 글루타르산의 전구체(전 단계의 물질)인 '라이신'을 130 g/L 이상 생산한다는 점에서 높은 농도의 글루타르산 생산도 가능할 것으로 봤다. 연구팀은 코리네박테리움 글루타미쿰 균주에 수도모나스 푸티다균에서 유래한 외래 유전자와 코리네박테리움 글루타미쿰의 유전자로 이뤄진 생합성 경로를 구축했다. 이를 통해 포도당에서 글루타르산을 효율적으로 생산하는 데 성공했다.

이상엽 한국과학기술원 특훈교수, 한태희 생명화학공학과 박사과정

특히 연구팀은 코리네박테리움 글루타미쿰 균주의 게놈, 전사체, 흐름체를 아우르는 다중 오믹스 분석을 진행해 균주의 대사 흐름에 대한 이해도를 높였다. 또 이를 통해 예측한 11개의 표적 유전자들을 프로모터 교환, 유전자 결실 및 추가 유전자 도입 등의 방법으로 조작했다. 이를 통해 효율적인 글루타르산 생산을 위해 새로운 글루타르산 수송체 유전자를 발견했고, 해당 유전자의 발현 수준 조작과 발효 조건 최적화를 통해 포도당으로부터 세계 최고 농도를 지닌 글루타르산을 생산하는 데 성공했다. 연구팀이 생산한 글루타르산은 리터당 105.3 g으로 기존 연구 대비 1.17배 정도 된다.

연구팀 관계자는 "이번 연구에 적용한 시스템 대사공학 전략과 발효 공정 최적화 기술을 활용하면 글루타르산 외에도 다양한 고부가 가치 화학물질을 생산하는 미생물 세포 공정 개발도 가능하다"고 내다봤다. 이상엽 특훈교수는 "이번 연구는 시스템 대사공학을 활용해 재생 가능한 탄소원으로부터 폴리에스터와 나일론 등의 원료인 글루타르산을 친환경적으로 세계 최고 농도로 생산하는 균주를 제작했다는 점에 의미가 있다"며 "향후 화학·환경·의료 분야 등 다양한 산업적 응용이 가능할 것"이라고 강조했다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr

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