바이오인

방향족 아미노산 및 유래 화합물 생산을 위한 미생물 개량 연구

KAIST 정기준 교수,  방현배 박사과정

1. 개요
산업적으로 고부가가치 물질에 속하는 방향족 아미노산 및 유래 화합물 생산성 증가를 목적으로 전세계적으로 활발히 연구되고 있다. 특히 방향족 화합물의 경우 석유자원에서 주로 생산되는 거대 시장의 화합물로 naphtha 분해과정에서 생성되는 벤젠 (benzene), 톨루엔 (toluene), 크실렌 (xylene)으로부터 대부분이 생성된다. 그 중에서도 벤젠은 각종 화학원료제품의 합성에 이용되는 매우 중요한 물질이나, 대표적인 발암성 유해물질이라는 치명적인 단점이 존재한다. 따라서 이러한 유해 물질 대신 재생 가능한 (renewable) 합성생물학적 방법을 이용해 생산할 수 있는 기술의 개발이 필요하다.
방향족 화합물의 생합성 대사 경로는 전구 물질 (precursor)인 방향족 아미노산 페닐알라닌 (L-phenylalanine), 트립토판 (L-tryptophan), 티로신 (L-tyrosine)을 생산하는 경로로부터 생성되며, 또한 그 중간 대사물질 (intermediate)인 3-dehydroquinic acid, shikimic acid, chorismic acid 등 역시 의약품, 화장품, 식품, 염료, 농약, 폴리머, 기타 특수소재 등에 직접적/간접적으로 광범위하게 응용될 수 있는 매우 유용한 대사산물이다. 하지만 미생물은 각 아미노산의 생합성을 feedback inhibition을 통해 제어함으로써 특정 아미노산을 대량으로 생산하지 않는다. 따라서 본 보고서에서는 이렇게 미생물을 기반으로 하는 방향족 아미노산 및 유래 화합물의 대량 생산을 위한 합생생물학적 연구 동향에 대해서 고찰해 보고자 한다.

2. 방향족 아미노산 생산 미생물 개발
앞서 언급한 바와 같이 방향족 아미노산인 티로신 (L-tyrosine), 트립토판 (L-tryptophan), 페닐알라닌 (L-phenylalanine)은 모든 생명체의 단백질 합성에 필수적이다. 또한 의약품, 식품첨가제, 사료첨가제, 화장품 원료 등으로 사용될 수 있는 다양한 이차 대사산물들의 전구체로써 사용되기 때문에 산업적으로도 중요하다. 동물을 제외한 식물, 균류, 박테리아에서의 방향족 아미노산의 생합성은 자연적으로 shikimic acid 생산 경로로부터 유래되며 중간 기질로써 chorismate를 공유한다. 이후 chorismate에서 나눠지며 트립토판은 anthranilate를 거쳐 합성되고, 페닐알라닌 및 티로신은 prephenate를 거침으로써 최종적으로 합성된다 [그림 1]. 물론 벤젠과 같은 유기용매로부터의 합성 역시 가능하지만 벤젠은 대표적인 발암성 유해물질이기 때문에, petroleum 기반의 합성 대신 친환경적인 방법인 바이오매스를 원료로 하는 합성생물학적 방법을 이용해 합성하는 기술 개발이 요구된다.

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