바이오인

출처 : 지능형 바이오시스템 설계 및 합성연구단 

천연물 조합생합성을 위한 합성생물학적 도구

이화여자대학교 윤여준 교수

1. 개요
인류는 자연계에 존재하는 미생물이나 식물 등을 탐색하는 과정에서 많은 생물학적 활성을 지니는 천연 화합물들을 발굴해 내었고, 이러한 화합물은 의약품 등 다양한 유용물질 개발의 중요한 자원으로 사용되어 왔다. 그러나 자연계 탐색을 통해 새물질을 찾으려는 시도는 많은 시간과 노력, 비용이 요구되어 경제성과 효용성이 떨어진다. 따라서 기존의 천연 화합물의 구조를 변형해 유용한 비천연 화합물을 발굴하기 위한 다양한 방법이 많이 연구되고 있다.

대표적인 방법인 조합생합성(combinatorial biosynthesis)은 천연 화합물의 생합성 유전자의 조합을 통해 새로운 생합성 경로를 재구성하는 기술로 화합물 기본골격이나 작용기 등을 변화시켜 다양한 구조의 화합물을 만들 수 있다. 이때, 생합성 관련 효소를 외래 유래의 것과 치환하거나 고유성질을 변화, 또는 불활성화 등을 통해 인위적 재조합 생합성 경로를 구축할 수 있다. 이러한 방법은 주로polyketide (PK) 계열이나 nonribosomal peptide (NRP) 계열의 화합물에 이용되어 그 구조 변형에 도입되고 있으며, 시간과 비용의 절감은 물론, 기존 의약품의 구조와 활성 관계 등을 응용하여 설계하기 때문에 생물학적 활성을 예상할 수 있으므로 새로운 구조의 유용
물질을 개발하는데 보다 효율적인 방법이라고 할 수 있다.

2. 합성 생물학 (synthetic biology)의 도입
최근에 들어, 시퀀싱 기술의 발달로 천연 화합물 생합성 유전자의 DNA 서열정보가 풍부해짐에 따라 이를 이용하여 새로운 종류의 유용 화합물을 만들 수 있는 기회가 점차 늘어나고 있다[1]. 그러나 기존의 클로닝 방법에 의존하는 유전자 조작법은 거대한 생합성 유전자 집단을 다루거나 다양한 유전자 조합을 위한 시간이 오래 걸리고 복잡한 경우가 많다. 따라서 합성 생물학적 접근을 통해 좀 더 빠르고 정확하게 조합생합성을 수행할 수 있는 방법이 점차 개발되고 있으며, 특히 다양한 생합성 과정을 재조합하기 위한 갖가지 DNA assembly 방법이 보고되고 있다.

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