바이오인

핵심내용

- KAIST 이상엽 특훈교수팀, 생명공학동향지 표지논문 게재 -

□ “바이오리파이너리”란 석유화학산업에서 원유의 정제를 통해 여러가지 제품을 생산하는 것과 같이, 해조류나 비식용생물자원과 같은 바이오매스(biomass)를 원료로 이용하여 여러 제품을 생산하고자 하는 개념이다.

 ○ “시스템 대사공학”을 통해 바이오매스로부터 다양한 화학물질 및 제품을 효과적으로 생산할 수 있는 새로운 기법과 전망이 국내 연구진에 의해 제시되었다.

□ KAIST 이상엽 특훈교수팀이 수행한 이번 연구는 교육과학기술부 글로벌프론티어사업 차세대 바이오매스연구단의 지원을 받아 수행되었다.

  ※ 특훈교수 : 한국과학기술원(KAIST)에서 세계적 수준의 연구업적과 교육성과를 이룬 교수에 부여하는 호칭

□ 그동안 기후변화, 자원고갈 등의 문제를 해결하기 위한 방안으로 바이오리파이너리에 대한 연구가 학계를 중심으로 활발히 진행되어 왔다.

 ○ 특히, 연구자들은 과거 20년간 발전되어온 대사공학을 중심으로 미생물을 활용한 바이오매스의 활용가능성을 높여왔다.

 ○ 그러나 아직 바이오매스로부터 여러 가지 바이오화학물질 및 소재들을 생산하기 위해서는 이들을 생산하는 미생물의 성능을 획기적으로 개선해야하는데, 기존의 대사공학연구는 주로 직관적인 방법으로 진행되어 많은 노력과 시간이 필요한 한계가 있었다.

□ 이교수팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 대사공학을 중심으로 시스템생물학, 합성생물학, 진화공학을 융합한 “시스템 대사공학”이라는 새로운 기술체계를 확립했다.

 ○ 시스템 대사공학은 세포 기반의 각종데이터를 통합하여 생리 상태를 다차원에서 규명하고, 이 정보를 바탕으로 맞춤형 대사조절을 함으로써 고효율 미생물 균주를 개발하는 기술이다.

 ○ 시스템 대사공학을 활용할 경우, 미생물을 게놈수준에서 동시다발적으로 관찰 및 조작이 가능하여 미생물의 성능 개선을 위한 시간과 노력을 획기적으로 줄이고 그 활용 가능성을 극대화 할 수 있다.

□ 본 논문의 제1저자인 이정욱 박사는 “시스템 대사공학을 통해 미생물의 성능을 획기적으로 향상시키는 기법을 최근의 연구흐름을 중심으로 전망하고 제시하였으며, 향후 바이오리파이너리 연구에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.“고 연구의 의의를 밝혔다.

 ○ 연구 결과는 세계적 학술지인 ‘생명공학동향(Trends in Biotechnology)‘지   8월호 표지논문으로 선정되었다.

상세내용

용   어   설   명

1. 바이오리파이너리(Biorefinery)

 ○ 석유화학산업에서 원유를 원료물질로 정제를 통해 여러가지 제품을 생산하는 것과 같이(oil refinery), 바이오매스 (biomass)를 원료로 이용하여 여러 제품을 생산하고자 하는 개념

2. 시스템 생물학(Systems biology)

 ○ computational 방법론과 다차원의 omics 정보들을 활용하여 세포전체의 특성을 밝힘으로서 생물시스템의 저변에 숨겨진 규칙들을 밝히는 학문

3. 합성 생물학(Synthetic biology)
 ○ 새로운 기능을 가지는 효소, 대사경로, 또는 화학물질들을 합성가능하게 한다거나 또는 생물체내에 존재하지 않던 새로운 생물학적 기능 및 도구를 개발하는 학문

4. 진화공학(Evolutionary engineering)
 ○ 다양한 유전자의 발현양상 및 미생물의 생리적 변화를 미생물 균주의 목적에 맞게 동시다발적으로 조절하는 학문

5. 시스템대사공학(Systems Metabolic engineering)
 ○ 각종 오믹스 데이터를 융합하고 추가 가상세포 시뮬레이션 결과까지를 모두 통합하여 세포의 생리 상태를 다차원에서 규명하고, 여기서 얻은 정보를 바탕으로 맞춤형으로 대사조절을 통하여 고효율 미생물 균주의 개발을 가능하게 하는 기술

 ○ 맞춤형으로 대사조절을 행함에 있어 최근에는 합성생물학적 기법 및 진화공학적 기법을 도입하여 보다 효과적으로 여러 가지 바이오화학물질 및 소재들의 생산하는 미생물 균주 개발에 활용할 수 있음
 ○ 즉, 시스템대사공학은 대사공학을 중심으로 시스템생물학, 합성생물학, 및 진화공학기술들의 융합하여, 지속가능한 방법으로 유용한 물질을 효과적으로 생산하는 기술임

6. 오믹스(Omics)
 ○ 세포 또는 개체 내에서 발현되는 전사체(tranome), 단백체(proteome), 대사체(metabolome), 흐름체(fluxome) 등 생명현상과 관련된 중요한 물질에 대한 대량의 정보를 획득하여 전체적인 생명현상을 밝히려는 학문