대장균 활용해 '친환경 루테인' 생산할 수 있다
대장균 활용해 '친환경 루테인' 생산할 수 있다
  • 정지원 기자
  • 승인 2022.08.17 13:03
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루테인, 노안이나 백내장 등 예방 및 치료 효과로 눈 영양제로 많이 팔려
금잔화 통한 루테인 생산은 시간 및 노동 많이 요구돼
대사공학 이용해 채널링 효과 만들어 루테인 고효율로 생산 성공
이상엽 KAIST 생명화학공학과 특훈교수.(사진=KAIST)
이상엽 KAIST 생명화학공학과 특훈교수.(사진=KAIST)

(내외방송=정지원 과학전문 기자) 눈 영양제로 판매되는 '루테인'이 앞으로 미생물을 활용해 친환경적이면서도 고효율적으로 생산될 수 있을 전망이다.

KAIST는 17일 '내외방송'에 보낸 자료에서 "이상엽 생명화학공학과 특훈교수와 박선영 박사, 은현민 박사과정 연구팀이 '루테인을 생산하는 미생물 균주 개발'에 성공했다"고 밝혔다.

루테인은 눈을 산화 손상과 자외선으로부터 보호하며 주로 계란의 난황(노른자)과 과일 등에 함유된 영양물질이다.

노안이나 백내장 등 예방과 치료 효과가 있어 눈 영양제로 많이 판매되고 있다.

현재 루테인은 주로 금잔화에서 추출해 생산되지만, 꽃 재배에 시간과 노동 등이 요구되기 때문에 대량으로 공급하기에는 비효율적이다.

루테인 생산 대사회로 조작 모식도.(사진=KAIST)
루테인 생산 대사회로 조작 모식도.(사진=KAIST)

이 문제를 해결하기 위해 연구팀은 미생물의 대사회로(효소 촉매 반응)를 조작하는 기술인 대사공학을 이용해 대장균 내 루테인 생산 대사회로를 구축했다.

이 기술을 통해 값싼 바이오매스(다양한 식물자원)의 주원료인 글리세롤을 탄소원으로 사용해 고부가가치의 루테인을 생산하는 대장균 균주가 개발됐다.

연구팀은 병목 단계(시스템의 성능 등이 제한을 받는 현상)인 효소들을 그룹화해 세포 내 효소 주변의 기질(효소가 촉매시키는 특정한 분자)들과 전자들의 농도를 높일 수 있는 기질 채널링(효소 주변 기질 농도를 인위적으로 높임)과 전자 채널링 효과를 만들었다.

그 결과 루테인 생산을 위한 대사 흐름이 강화되면서 대장균을 이용해 루테인을 고효율적으로 생산하는 데 성공했다.

(왼쪽부터)박선영 KAIST 생명화학공학과 박사와 은현민 박사과정.(사진=KAIST)
(왼쪽부터)박선영 KAIST 생명화학공학과 박사와 은현민 박사과정.(사진=KAIST)

박선영 박사는 "천연자원으로부터 비효율적인 추출법을 대체할 수 있는 미생물 기반 고효율 루테인 생산 기술을 개발했다는 점에 의의가 있다"며 "이 기술을 활용해 미생물 기반 의약품이나 영양 보조제 등 제품을 만드는 데 한 단계 앞으로 나아갈 수 있을 것"이라고 말했다.

이 연구는 과학기술정보통신부의 바이오화학산업 선도를 위한 차세대 바이오리파이너리 원천기술 개발 과제와 농촌진흥청의 카로티노이드 생산 미생물 세포공장 개발 과제의 지원을 받아 수행됐다.

또, 이 연구 결과는 국제 학술지인 '네이처 카탈리시트(Nature Catalaysis)'에 지난 4일 게재됐다(논문명: Metabolic engineering of Escherichia coli with electron channeling for the production of natural products).

 


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