바이오인

생체대사조절공학????

?- Biomolecular Metabolic Network Engineering -??

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??최의성 박사 ??/ ??생명공학연구소 응용미생물연구부 미생 물대사공학??R.U. ??책임연구원?
?송재경 교수 ??/ ??선문대학교 자연과학대학 화학과?

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1. 서론

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??생체재설계의 기본 개념은 생명공학을 이용하여 생체내의 효소 기능??, ??전달 능력??, ??조절 기능 등 을 인위적으로 조작하여 생체내의 기능을 향상하는데 있다??. ??단순한 박테리아 같은 작은 세포도 ??1000??개 이상 되는 효소반응이 생체 의 대사반응에 정교하게 조절되고 상호 연결된 ??network??로 구성되어 있다??. ??생체내에 구성되어 있는 대사체계는 산업적 이용에 있어 서 특별한 목적을 위해서는 유전적으로 최적 상태가 아니기 때문에 ??bioprocess ??과정을 세포내 유전정보에 의해 향상시킬 수 있다??. ??예를 들어 분자생물학기술 및 대사공학기술을 통하여 미생물의 대사체계를 재구성함으로써 물질대사의 흐름 조절 및 대사 메카니즘을 변화시켜 대사물질과 단백질의 생산 수율을 향상시킬 수 있으며??, ??유전자 재조합 방법에 의해 외래유전자의 도입??, ??발현으로 기존 의 대사경로를 연장 혹은 바꾸어 줌으로써 새로운 대사물질을 생성하도록 조절할 수 있다??. ??생체재설계에 의한 대사공학 기술은 유 전자 재조합 기술을 받아들여 특정한 목적과 예상되는 효소반응??, ??전달 및 조절반응을 조작함으로써 세포의 대사활성을 산업 목적에 맞 추어 증진시킬 수 있고??, ??재조합된 유전자를 도입함으로써 예상하는 신규형질을 발현할 수 있기 때문에 전통적으로 행했던 균주개량 과는 차이가 있다??. ??전통적으로 돌연변이 유발에 의한 균주 육종은 무작위적으로서 선택적인 조작이 불가능하고 원하지 않는 부위의 돌연 변이가 수반되어 세포성장이 저조하거나??, pleiotropic effect ??의 문제가 발생하는 경우가 많으며 이러한 경우 특히 유전학적으로 불안정 한 경우가 많다??.

??최근 생체 재설계 및 대사공학에 관련된 많은 사람에게 관심을 주는 ??Science??와 ??Nature??에 발표된 연구를 보면??, ??유전자 재조합에 의한 유전공학 기술을 이용한 방법은 물질대사에 참여하는 유전자를 형질 전환하여 예 측 가능한 새로운 구조를 가진 대사물질을 생산할 수 있으며??, ??기능이 밝혀진 대사물질로부터 유전자의 조합을 통한 ??combinational biosynthesis??에 의하여 새로운 대사물질을 설계할 수 있고??, ??잠재적인 대사물질 유전자를 발현되게 하여 새로운 물질생산 을 유도하거나??, ??또는 대사물질의 생산능력을 증대하는 등의 시도가 가능하게 되었다??. ??현재까지는 유전학적으로 많이 알려져 있고 유전자 조작이 용이한 미생물을 주대상으로 대사공학이 발전되어 왔으나 최근에는 동물 및 식물을 대상으로 대사공학의 영역이 넓어 지고 있으며 인체 질병치료의 영역으로까지 대사공학의 개념이 도입되고 있는 추세이다??. ? ?

2. 연구개발 현황

2.1 연구개발 및 산업적 이용현황

생체대사 및 기능의 이용성을 증진하기 위한 대사공학의 목표물질은 크게 ?1??차대사산물과 ??2??차대 사산물을 포함하는 저분자물질과 재조합단백질 등의 고분자물질로 나누어 생각할 수 있고??, ??다시 기술의 성격을 이들 저분자물질 혹은 재조합단백질의 생산성 향상을 위한 대사공학 기술과 신물질 창제 및 신기능발현을 위한 대사공학기술로 나누어 생각할 수 있으 므로??, ??생체대사조절공학의 분야를 ??(1) ??물질 생산의 생산성 향상기술 분야??, (2) ??외래유전자 도입 및 발현에 의한 신기능 발현 기술 분야??, (3) ??고효율 재조합단백질 생산을 위한 세포공학 분야의 ??3??분야로 나누어 연구개발 현황을 살펴 보았다??. ?
?(1) ??대사산물 생산 분야??에서는 기존대사경로의 확장에 의한 새로운 물질합성 및 새로 운 구조의 도입??, metabolite flow??의 제어에 의한 목표 물질 과생산??, rate-limiting step??의 가속화에 의한 대사산물의 생산성 향상 등을 목표로 기술개발이 이루어 지고 있다??. ?

?자연계에 알려진 대사경로를 적절히 선택하여 조합함으로써 목표물질을 효율적으로 생산할 수 있는데 대표적 예로서 ??vitamin C ??합성의 최종 전구물질인 ??2-keto-L-gulonic acid??의 생산에 필요한 ??Erwinia herbicola?? ??및 ??Corynebacterium??을 사용하는 ??2??단계 발효과정을 후자의 반응에 관한 효소유전자를 전자 의 균주에 도입함으로써 ??1??단계의 효율적 전환공정으로 바꾸어 줄 수 있는 대사공학기술을 들 수 있다??. ??또한 ??multistep pathway??를 균주간에 전이함으로써 ??hybrid metabolic network??를 만들 수 있는 기술도 개발되고 있으며 주로 ??cluster ??를 이루고 있는 항생제 생합성 유전자군에 대하여 많이 사용되고 있다??. ??난분해성물질의 분해를 위하여 ??3??종 류의 미생물로부터 총 ??5??가지의 ??pathway segment??를 조합하여 ??hybrid organism??을 제조한 경우도 있다??. ?

?대사경로의 확장에 의한 새로운 물질합성의 경우 ??Streptomyces?? ??균주를 사용한 신규항생 제 ??mederrhodin, dihydrogranatrirhodin, neoerythromycin ??등의 생산을 들 수 있으며 ??Streptomyces antibioticus?? ??균주의 ??tyrosinase ??유전자를 도입하여 ??E. coli??에서 ??melanin??을 생산하는 기술??, ??Pseudomonas putida?? ??균주의 ??naphthalene dioxygenase ??유전자도입에 의한 ??E. coli??에서의 ??indigo ??생산의 경우와 같이 새로운 반응 ??intermediate??의 공급의 경우 도 있다??.

?(2) ??외래유전자도입에 의한 신기능 발현 분야??에는 신규물질 합성의 경우가 포함될 것이 나 ??Pseudomonas mendocina??의 ??toluene monoxygenase??를 ??E. coli??에서 발현시킴으로써 대표적인 난분해 성 오염원인 ??trichloroethylene??을 효율적으로 분해하는 시스템의 경우와 같이 주요 대사활성을 생물 공학적으로 우수한 환경의 숙주로 전이함으로써 이 대사활성을 효율적으로 이용할 수 있는 경우가 해당될 것이다??. ??신기능성 부여의 다른 대표적인 예로는 저렴한 기질을 이용할 수 있도록 외래유전자를 도입하는 경우와 원래는 사용할 수 없었 던 반응기질을 사용할 수 있도록 조작하는 경우를 들 수 있다??. ??대사공학기술이 가장 활발하게 진행되고 있는 분야중 하나인 항생 항암제 생산분야의 최근 동 향을 좀 더 자세히 살펴보면 다음과 같다??. ?

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?Interspecies cloning??에 의한 ??hybrid ??형태의 새로운 천연화합물의 창출?
?(??예??: actinorhodin ??생합성 유전자를 ??granaticin ??생산 균주에 도입하여 ??hydrid ??형태의 새로운 ??dihydrogranaticin??를 생산??) ?

?유사성이 높은 유전자들의 재조합에 의한 새로운 구조의 생합성?
?(??예??: ??tcm?? ??PKS??에 포함된 ??KS/AT+CLF+ACP??와 ??act?? ??PKS??에 포함된 ??KR??와 ??CYC ??유전자의 재조합 후 다른 숙주박테리아에서 발현하여 새로운 ??polyketide??인 ??RM20 ??합성??) ?

?Gene disruption??에 의한 유도체 합성?
?(??예??: wide type??에서 생산되는 ??erythromycin A??와 유사한 생물학적 활성을 가지며 보다 안정성 을 가지는 유도체 합성??) ?

?Combinatorial biosynthesis?
?(??예??: DEB??생산 다기능 효소중 여러 ??module??을 단일 혹은 조합에 의하여 다양한 종류의 ??erythromycin ??유도체를 생산??) ?
 
?Mutasynthesis?
?(??예??: ??중간체생합성 차단 변이주의 선별배양 혹은 저해제 첨가 후 중간체 유사체를 첨가하여 ??aminoglucoside, macrolide ??계열의 항생제 개발에 이용??) ?
 
?Side products??의 ??gene block??에 의한 유효물질의 선택적 생산방법?
?(??예??: ??S. pristinaespiralis??에서 ??pristinamycinI??의 생합성에 관련된 유전자를 선택적으 로 ??gene distruption??하여 ??pristinamycinII ??만을 선택적으로 생산??) ?
 
?조절유전자의 이용?
?(??예??: daunorubicin??의 조절 유전자 ??dnrIJ??를 ??high number vector??에 삽입??, wild-type??에 삽입하여 전구체 생성량 약 ??100??배 정도의 생산성 향상??) ?

?(3) ??재조합단백질 생산??에 있어서의 균주육종과 대사공학 기술의 응용의 동향은 신규 숙 주계의 탐색 및 개발??, ??고효율 유전자 발현 분비계의 개발 및 ??post-translational protein processing??의 개선 등에서 기 술개발이 이루어지고 있다??. ?
 
?재조합단백질 생산의 숙주세포계의 개발 동향은 기존의 많이 사용되어온 숙주세포계 ??E. coli?? ??및 ??S. cerevisiae??의 단점을 개선할 수 있는 신규숙주세포계로서 희귀효모??(??Pichia, Hansenula, Kluyveromyces, Yarrowia?? ??등??), ??진균류??(??Aspergillus?? ??등??), ??및 곤충세포계??(Baculovirus expression system) ??등의 탐색과 개발이 이루어 지고 있다??. ?
 
?진핵세포로서 고등동물 유래 외래유전자 발현에 가장 많이 사용되고 있는 효모숙주세포의 경 우 강력한 ??promoter ??활성을 이용할 수 있고 외래유전자의 ??multi ??도입과 ??chromosome integration??에 의한 도입유전자의 안 정적 발현을 기할 수 있는 메타놀자화효모계로서 ??Hansenula polymorpha?? ??및 ??Pichia pastoris??를 사용한 유전자 발현분비계의 개발이 활발히 이루어 지고 있다??. ?
 
?post-translational protein processing??의 대사공학적 개선을 위하여 단백질 분비효율 개선을 위한 초분비성 숙주세포 개발??, ??당단백질의 경우 원래의 당쇄구조에 가깝도록 당을 부가할 수 있 는 기술개발??, protein folding ??을 원활히하여 ??authentic form??의 재조합단백질을 생산할 수 있는 기술개발??, ??발현된 단백질의 분 해문제를 해결할 수 있는 기술개발 등의 분야에서 괄목할 진전이 이루어지고 있다??. ?
 
?최근에는 미생물 세포표면에 ??anchoring??하는 단백질을 이용하여 목표단백질을 세포표면에 발현 시켜 단백질 상호작용 연구나 약물 스크리닝에 응용하는 연구가 급속한 진전을 보이고 있으며 이를 생물반응기에 응용하기 위 한 시도가 이루어지고있다??.

 ?2.2 ??국내??·??외 주요 연구현황 및 전망?? ?
?생체재설계 연구개발과 가장 유사한 국내외 연구개발 프로그램으로서 ??European Commision??의 ??Cell Factory Program??을 들 수 있을 것이다??. EU??에서는 생명공학 연구개발 프로그램의 ??4??차 ??Framework Programme (1994 - 1998)??으로서 다음과 같은 ??8??개 분야를 선정하여 지원하고 있다??.

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?<4th European Commision Biotechnology Work Programme>?? ?

?1. Cell Factories ?
?2. Genome Analysis ?
?3. Plant and Animal Biotechnology ?
?4. Cell Communication in Neurosciences ?
?5. Immunology and Transdisease Vaccinology ?
?6. Structural Biology ?
?7. Pre-normative Research, Biodiversity and Social Acceptance ?
?8. Infrastructures ?

?이중 ??Cell Factories ??분야는 저분자물질??(antibiotics, small peptides, pharmaceuticals, flavours, etc.)??과 고분자물질??(enzymes, recombinant and/or heterologous proteins, antibodies and parts thereof; vaccines, polysaccharides, etc.)??로 크게 ??2??가지 물질군의 생산에 주안점을 두고 다음과 같은 세부분야를 선정하여 추진하고 있다??. ?

?1. Biological Components of Cell Factories ?

?1.1. Microbial Factories ?

?Enzymes ?
?mechanisms of enzymatic activity and control ?
?inhibitors of enzymes and relevant proteins, in as far as industrial or biomedical processes are concerned ?
?Macromolecular interactions determining functionality ?

?Study of macromolecular interactions of cell components: proteins, nucleic acids, carbohydrates, lipids with particular priority to those aspects with industrial relevance ?
?Protein production from microorganisms ?
?post-tranional and post-translational events related to the production of proteins ?
?control and manipulation of mechanisms leading to heterologous protein secretion ?
?improvement of expression levels of antigenic proteins for the development of novel human and veterinary vaccines ?
?Control and modelling of microbial metabolic fluxes ?
?metabolic engineering for the optimization of metabolic fluxes ?
?switch between primary and secondary metabolism ?
?mechanisms of adaptability to cellular stress reactions ?
?metabolic engineering of overproduction of metabolites of industrial interest, with particular attention given to novel approaches for new antibiotic substances ?
?development of molecular inhibitors capable of bypassing microbial resistance to antibiotics ?
?control of factors affecting genetic stability and expression of economically relevant genes ?
?control of mechanisms involved in cell division relevant to biotechnological processes ?
?Lactic fermentations ?
?new natural antimicrobial substances for food uses ?
?genetics and biochemistry of lactic acid bacteria related to food fermentation ?
?enhanced controlled expression of technologically important characteristics ?
?microbial dynamics of lactic acid bacteria in the animal and human gut ?
?Extremophile research ?
?optimization and scale-up of culture conditions ?
?control of mechanisms involved in protein thermostability and in thermotolerance ?
?adatability to cellular stress reactions ?
?enhancement of expression vectors for the production of interesting gene products ?

?1.2. Animal cell biology ?
?improvement of gene expression systems, especially at the post-tranional level ?
?post-translational modifications of recombinant proteins ?
?production technologies in animal cell culture systems ?
?environmental and physiological factors influencing gene expression ?
?safety aspects of animal cell-based production ?

?2. Biochemical Engineering Components of Cell Factories ?

?2.1. Fermentation technology ?

?development of on line and in situ measurements for the analysis of and controls of substrates and products formed during fermentation
study of fluid dynamics and transport phenomena in fermenters ?
?development of the most efficient control strategies to optimize fermentation performances ?
?integration of fermentation with downstream processing ?
?dynamics and optimization of mixed cultures ?
 

?2.2. Biotransformation ?
?biocatalyst performance in non-conventional media ??reliable data and models on physical/chemical transport of media and interfacial phenomena ??design of bioreactors for multi-phase reactions ?
 
?2.3. Downstream processing ?

?development and scale-up of processes for the solubilization, denaturation and renaturation of proteins ?
?increase in the predictability and control of separation of products ?
?study of flexibility and performance limits of downstream processing sequences combining separate operations ?
?intagration of bioreactor operation and downstream processing

?최근 급격히 증가하고 있는 대사공학에 관한 연구 사례를 반영하는 한 예로서 기술수요가 성숙 되었을 때 볼 수 있는 전문학회의 개최와 전문학술지의 발간을 들 수 있을 것이다??. ??최근 ??MIT??의 ??G.N. Stephanopoulos ??교수와 ??A.J. Sinskey ??교수??, ??그리고 ??Harvard??의 ??M.L. Yarmush ??교수를 편집자로 하는 ??Metabolic Engineering ??이라는 전문학술지의 창간이 ??98??년 ??1??월로 예정되어 있다??. ??또한 ??1996??년에는 대사공학 국제 심포지엄이 개 최된바 있다??. ??국제적 기술개발 동향에 대한 참고로 미국 ??NIH??에서 지원하는 대사공학 프로그램??(1995??년??)??과 ??1996??년 국제 대사공학 심포지움에서 다루어진 ??topic??의 개괄을 소개하면 다음과 같다??. ?

?­NIH/NIGMS ??및 ??NIDDK??에서 대사공학에 지원하는 프로그램 ?
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?대사경로 분석??, ??조절 메카니즘과 ??metabolic flux ??분석??, ??조절 및 결정 요소에 대한 연구?
?(the control mechanisms and the determinants of flux for pathways where these factors are not well understood) ?

?여러 가지 유전공학 기술의 개선 및 발전?
?(the identification of additional genetic tools) ?

?타 유전자 삽입을 위한 여러 가지 숙주 세포의 개발?
?(the creation of a broader range of host cells for the introduction of heterologous genes) ?

?유전조작으로 처리된 세포의 생존을 유지하고 유전자의 안정성을 향상시키는 연구 ?
?(the enhancement of techniques for maintaining the viability and genetic stability of engineered cells) ?

?물질대사의 정량적인 모델을 용이하게 과정분석하기위한 ??database??와 전산기술의 개발?
?(databases and computational tools for pathway analysis that would facilitate quantitative modeling of metabolism) ?

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수율을 향상시키기 위한 ??small molecule ??전달의 결정적인 요소에 대한 연구 및 개발?
?(the development of an improved undersrtanding of the determinants of small molecules transport) ?

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대사물질 생합성의 분자 유전학적인 연구?
?(the understanding of metabolic pathway through the gene analysis) ?

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다양한 생합성 유전자 조합을 통한 ??combinatorial biosynthesis ??연구?
?(the combinatorial biosynthesis by the application of recombinant DNA methods) ?

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?­Engineering Foundation Conference: Focus on Metabolic Engineering, 1996 ?
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?Metabolic Engineering Applications to Fuels &Chemicals ?
?Mathematical &Computational Tools of Metabolic Engineering ?
?Metabolic Engineering Applications to New Materials ?
?Metabolic Engineering Applications to the Manufacturing of Chiral Pharmaceuticals ?
?Applications of Metabolic Engineering to Plants ?
?Concepts of Metabolic Engineering ?
?Experimental Tools of Metabolic Engineering ?
?Cellular and Genetic Regulatory Networks &Metabolic Engineering ?
?Applications of Metabolic Engineering to Protein Trafficking and Cell Culture ?
?Environmental Applications of Metabolic Engineering ?

?상기한 바와 같이 대사공학 기술의 최근의 진전으로 단백질이나 대사산물의 생산성 향상 혹은 새로운 물질 합성 등의 응용 사례가 짧은 도입 역사에도 불구하고 급격히 증가하고 있다??. ??그러나 대부분의 경우에 있어서 이 러한 대사공학적 조작은 목표하는 대사산물에 직접적인 영향을 주는 대사경로의 조작에 국한되는 경우가 많았다??. ??특히 ??rate- limiting step??을 목표로하여 증폭시키는 경우 그 효과가 미미하게 나타나는 경우가 많으므로 최근에는 대사공학적 조작의 범 위를 전구체??, cofactor ??그리고 에너지를 생성하는 ??central metabolic pathway??의 조작으로 넓혀 나가는 방법을 도입하고 있다??. ?

?따라서 최근에는 대사경로의 정교한 조절에 대한 분석을 위하여 ??Metabolic Control Analysis (MCA)??에 관한 연구가 새로이 대두되고 있으며 이러한 ??approach ??를 사용하여 대사제어와 대사경로의 ??rational design??을 기할 수 있는 연구학회가 유럽에서 개최되었다??(The First European Conference on 'Control of Metabolic Flux: Metabolic Pathway Engineering in Yeasts', 1995). ??이 학회에는 미생물 대사공학에 관한 산업체의 지대한 관심으로 유수한 생물공학 기업들??(Unilever, Gist- Brocades, Carlsberg, Nestle, Bioflux, Alko??사 등??)??이 참여하였다??. Genencor International??사와 같은 미국의 유수한 생물공학 기업에서는 실제로 이러한 대사공학의 신기술을 산업적으로 이용한 예를 보고하고 있다 ??(TIBTECH, 14:250, 1996). ?

?국내의 경우 발효전문 기업을 중심으로 ??phenylalanine ??등의 아미노산 생합성에 관련되는 유전 자를 사용하여 ??E. coli??에서 높은 수율로 생산하는 기술을 산업적으로 사용하고 있으며 전통적으로 화학합성에 의존하여 왔던 ??vitamin C ??합성 전구체 ??2-ket-L-gulonic acid??를 생물학적 방법으로 생산하기 위한 대사공학 기술개발??, ??항 생제 및 항암제 또는 유용 정밀화학 원료생산에 대한 대사공학기술의 이용 등의 연구가 활성화되고 있다??. ??또한 ??tryptophan ??생합성균주의 창조??, ??광학활성 의약품의 ??chiral resolution??에의 응용 등 새로운 생체기능의 유전자도입을 통한 유용 생물소재의 생합성 연구도 진행중이다??. ??그러나 ??metabolic flux ??분석과 이의 ??control ??등 기술의 본격적인 도 입은 선진국과 격차를 보이고 있다??. ?

?재조합단백질 생산의 경우 국내에서도 ??B??형 간염 백신으로 사용되는 ??HBS Ag ??및 인체성장호르몬 등을 상업적으로 생산하고 있으며 주로 전통효모 ??Saccharomyces cerevisiae??를 숙주로 사용하여 세포내 발현 기법을 사용하고 있다??. ??

그러나 이 경우 유전자 발현율 및 분비율에 상당한 제약이 있으므로 강력한 유전자 발현율 을 가지는 메타놀 자화효모??, ??

Hansenula polymorpha?? ??및 ??Pichia pastoris?? ??균주를 이용한 유전자 발현 시스템을 개발하기 위한 연구를 수행하고 있다??. ? 

?3. ??전략 및 목표?? ???

?유전공학 기술의 발전과 생체 현상의 분자생물학적 이해의 발전으로 미생물 및 동식물의 육종 에 있어서도 무작위적 돌연변이 유발에 의존하던 전통적인 육종방법에서 나아가 분자수준에서 원하는 표현형질의 선택적 발현??, ??억제할 수 있는 분자육종 기술개발이 가능하여졌고 신규한 형질의 발현도 가능하여졌으며 대사공학 기술은 분자생물학적으로 많이 연 구되어 있고 대사경로가 많이 밝혀진 균주??(??E. coli?? ??등??)??를 중심으로 발전하여 왔으나 산업적 중요성이 높은 미생물 균주의 게놈 연구 등 유전학적??, ??분자생물학적 이해가 급속히 발전되고 있으므로 앞으로는 산업균주의 대사공학에도 급속한 발전 이 전망된다??. ??또한 최근에는 동물 및 식물자원에 대한 대사공학기술의 적용 사례가 증가 일로에 있어 종전에는 불가능하였던 획기 적 연구결과가 증가하고 있다??. ?

?분자육종 및 대사공학기술을 통하여 생체의 대사체계??(metabolic network)??를 재구성함으로써 대 사경로의 ??flux ??조절과 대사속도를 변화시켜 대사산물과 단백질의 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 외래유 전자의 도입??, ??발현으로 기존의 대사경로를 연장시켜 신물질을 창제하고 신기능을 부여할 수 있는 산업적 중요성이 매우 높아 생산기술에의 응용 예의 지속적 증가가 전망되며 대사공학 기술의 발전은 현재까지의 경험적 적용에서 나아가 분자생물학적 지식의 발전에 따른 대사분석과 이로부터 얻은 정보를 활용한 ??rational design??의 방향으로 발전할 것으로 전망된다??. ?

?3.1 ??연구개발 방향?

?이상 위에서 언급한 기술 수요 및 기술 발전전망에 기초하여 산업미생물 및 동식물의 분자생리 학적 이해와 미생물 게놈정보를 응용한 분자육종 기술을 연구하고 생체 대사제어 및 대사경로 변환 등의 대사공학 기술을 개발하 여 생산성 향상??, ??신기능 부여 및 물질창제 등 생체기능의 산업적 이용성을 극대화함을 최종목표로 다음과 같은 세부연구분야 와 각 연구분야의 과제예시를 제안하여 보았다??. ?

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?세부과제 ??1. ??대사공학 기술에 의한 생산성 향상?

?대사공학기술에 의한 ??carotenoid ??고생산성 균주의 분자육종 ?
?대사공학 기술을 이용한 생물학적 ??vitamin C ??생산공정 개발 ?
?대사공학기술을 이용한 ??tryptophan ??생합성균주 개발 ?
?유용 세균의 ??signal transduction ??연구를 통한 ??global metabolism??의 조절 ?

?세부과제 ??2. ??대사공학 기술에 의한 신기능 발현?

?- ??대사공학기술에 의한 물질창제 기술개발 ?

?방선균 ??polyketide synthase ??유전자의 ??engineering ??및 신규 ??macrolide ??항생제 창출 ?
?in vivo combinatorial (bio)chemistry ??기술 개발 ?

?carbohydrate engineering ??기술개발 ?

?lipid engineering ??기술개발

?- ??신기능성 미생물 균주개발 ??

?designer food additive microbes ?

?bioremediation??용 난분해성 오염제거를 위한 신기능 균주 개발 ?

?biofertilizer, biopesticide??용 신기능 균주 개발 ?

?미생물 게놈공학을 이용한 ??downstream ??공정 적응형 균주 육종 ?

?- ??형질전환식물 개발기술 ?

?고농도 오존 내성??, ??대기오염 정화 등의 환경친화형 형질전환식물 개발 ?
?인체약리활성물질??(??예??: ??항산화물질??) ??고생산성 형질전환식물체 개발 ?

?- ??신기능성 형질전환동물 개발 ?

?생리활성물질??(??예??: ??항암물질??) ??대량생산용 형질전환동물 개발 ?

?항바이러스성 형질전환동물 개발 ?

?세부과제 ??3. ??재조합 단백질 고생산 시스템 개발?
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?- ??메타놀자화 효모를 이용한 재조합단백질 생산 기술개발 ?
?- ??표면발현 시스템??(surface display system)??의 개발과 응용기술 개발 ?
?- ??단백분해효소의 제어를 통한 재조합단백질 생산성 향상 기술개발 ?
?- ??고등동물형 당쇄부가를 위한 숙주세포의 대사공학적 변형 ?
?- ??외래유전자발현 최적화 기술개발 ?

?soluble expression ??기술 ?
?targeting ??기술?
?prokaryote: intracellular, inner membrane, periplasm, surface, excretion ?
?eukaryote: intracellular organelles, surface, excretion?
?induction ??최적화 기술 ?

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?3.2 ??추진전략 및 추진체계?

?본 과제는 다양한 기술이 복합되어야 하는 성격을 가지므로 본과제를 추진함에 있어 획일적으 로 산업체 참여를 의무화하는 등의 추진 방법보다 원천기술이 주요한 과제와 최종목표물질이 주요시되는 과제로 구분하여 산업체 참 여를 선별적으로 유도하는 것이 바람직할 것으로 사료되며 원천기술 개발의 경우 정부출연연구소 연구팀은 학계 등과 연계하여 생산기반 확충에 필수적인 원천기술을 확보하여 지속적인 산업화를 지원할 수 있도록 하여야 할 것이며 이에 복수의 산업체가 참여하여 연구결과 를 공유하는 방안도 바람직할 것으로 사료된다??. ?