바이오인

 

과학기술부는 시스템 생명공학 기법을 이용, 세계 최고 수율(收率)의 발린(L-valine) 생산 균주 개발에 성공했다고 밝혔다. 이 연구결과는 4월 넷째주(23일-27일사이) 미국 국립과학원회보(PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA)에 게재된다.

 과학기술부 바이오기술개발사업 일환으로 시스템생물학연구를 수행하는KAIST 생명화학공학과 이상엽 교수팀은 필수 아미노산의 하나인 발린(L-valine)을 타켓 물질로 선정, 미생물 가상세포 시스템과 시뮬레이션 기법을 활용하여 최고 수율의 아미노산 생산 균주를 개발했다.

 

대장균 게놈에서 필요한 부위만을 선택적으로 조작하여 초기 생산 균주를 제작하고, DNA 칩을 이용한 전사체(tranome) 분석을 통해 새롭게 조작할 1차 타겟 유전자들을 발굴했다. 대장균 가상 세포인 MBEL979를 이용, 유전자 결실(缺失) 실험을 컴퓨터상에서 대량으로 수행한 뒤 2차 엔지니어링 타겟들을 발굴했다. 이 실험 결과를 실제 균주 개발에 적용, 세포내 대사흐름 최적화를 달성하여 최종적으로 100 그램의 포도당으로부터 37.8 그램의 발린을 추출할 수 있는 세계 최고 수율의 발린 생산균주 제작에 성공했다.

 

현재 상품화된 식품, 의료 분야에서 널리 활용되는 아미노산들의 생산 균주는 오랜 기간에 걸친 무작위 돌연변이화 기법에 의해 만들어졌다. 이들은 고수율에도 불구하고 돌연변이로 원하지 않는 변이들을 내포하고 있어 이 돌연변이의 규명에 시간과 비용이 많이 들고 추가 균주 개량이 어렵다.

 

李 교수팀은 기존의 무작위 돌연변이화 기법을 배제하고, 시스템 생명공학 기법을 도입, 필요한 변이만을 선별적으로 채택했다. 이 기법은 단기간에 고수율의 생산 균주 제작이 가능하고, 균주의 생리 상태를 정확히 파악할 수 있어서 추가 균주 개량이 용이하다는 장점이 있다. 또한 가상세포에 기반한 시스템 생명공학 기법을 실제 산업화에 적용하여 우수한 균주를 개발했다는데 큰 의의가 있다. 이번 연구 과정에서 새로운 발린 엑스포터의 기능과 조절기작을 처음으로 규명함으로써 시스템 생명공학 기법의  우수성을 입증했다.

 

이번 고효율 산업 균주 개발은 세계에서 처음으로 대사공학 기술, 전사체 분석을 통한 타겟 발굴 및 적용, 가상세포 시스템을 이용한 타겟 발굴 등을 통합, 향후 바이오텍 핵심 전략 기술로 평가된다. 이 기술을 아미노산과 다양한 화이트 바이오텍 제품들의 산업화에 적용하면 핵심 경쟁력을 확보하고 고수익 창출 효과를 가져올 수 있다.

 

이상엽 교수는 “시스템 생명공학 기법이 체계적인 시스템 수준에서 균주개발에 성공적으로 이용됨에 따라, 기타 아미노산을 비롯하여 모든 생물공학산업 발전에 크게 기여할 것으로 기대된다. 초기에는 IT와 BT를 융합함에 있어 어려움이 많았으나 이를 슬기롭게 극복한 연구팀원들이  자랑스럽다.”고 말했다. 연구 관련 생산균주와 그 제조 방법은 국제특허(PCT)를 출원했다.

 

 

※ 붙임1 :  이상엽 단장 이력서
   붙임2 :  용어설명
   붙임3 :  PNAS 논문 내용을 정리한 overview 그림
 

 

 

 

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