항생제 원료 'D-트레오닌'..저가로 고순도 대량생산한다

생명연 연구팀, 관련 인공 효소 개발

항생제의 원료인 ‘D-트레오닌’을 저가의 물질로 고순도 대량 생산할 수 있는 길이 열렸다.

[아이뉴스24 정종오 기자] 항생제의 원료인 ‘D-트레오닌’을 고순도로 대량 생산할 수 있는 길이 열렸다. 국내 연구팀이 대량생산이 가능한 인공 효소개발에 성공했다.

저온 생육이 가능한 해양 유래 미생물에서 저온에서도 높은 활성을 나타내는 D-트레오닌 합성 효소를 발굴했다. 저가의 원료물질인 글리신(glycine)과 아세트알데히드(acetaldehyde)로 고순도 D-트레오닌(threonine)을 제조했다. 이번 기술은 항생제 의약품 원료 등에도 사용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.

이번 연구는 고순도 항생제 원료의 경제적 생산을 위한 신규 D-트레오닌 합성 효소를 개발할 목적으로 시작됐다. 기존 화학적 방법으로는 입체특이적 합성이 어려웠다. 자연에서 D-트레오닌 합성 효소들이 발견되는데 이 역시 이성질체 부산물을 생성하는 문제가 있었다.

의약품 원료에 포함된 이성질체(분자식은 같은데 상대적 배열이 달라, 다른 입체·광학적 성질을 갖는 화합물) 불순물은 제거하기 매우 어렵고 심각한 부작용(side effect)의 원인이 된다. 이성질체 중 하나의 성분만을 특이적으로 합성하는 생물학적 방법이 입체 특이적 합성(Asymmetric synthesis)이다. 이 합성으로 개발하면 고순도 의약원료를 경제적으로 확보할 수 있다.

한국생명공학연구원, 경북대, 전남대 공동 연구팀은 자연 효소의 핵심 활성 부위 구조를 규명하고 단백질공학 연구를 통해 99.9%의 고순도로 D-트레오닌을 합성하는 신규 인공 효소를 개발했다.

생명연 연구팀은 개량된 효소를 적용한 유가식 반응기를 개발하고 불안정한 기질을 연속 주입해 6시간 안에 50g/L 이상의 D-트레오닌을 고순도로 생산하는 데 성공했다. 이 효소는 유사 구조의 다양한 의약품 원료의 입체특이적 생산에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

이승구 생명연 합성생물학전문연구단장은 “인공 효소를 이용한 의약품원료의 친환경 고순도 합성은 화이트 바이오텍(white biotechnology)으로 지칭되며 지속 가능한 정밀화학과 제약산업을 위한 핵심 이슈”라고 말했다.

이 단장은 “이번 연구는 구조기반의 인공 효소개발과 반응공정 연구가 의약, 화학산업의 고도화에 기여할 수 있음을 보여주는 사례이며 앞으로 합성생물학 발전에 따라서 효소를 이용한 고부가가치 물질 합성이 더욱 가속화될 것으로 예상한다”고 설명했다.

이번 연구는 생명연 합성생물학전문연구단 이승구·염수진(전남대 생명과학기술학부) 박사팀과 경북대 생명과학부 김경진 교수팀이 수행했다.

연구결과(논문명: Cβ-selective aldol addition of D-threonine aldolase by spatial constraint of aldehyde binding)는 촉매 분야 국제저널인 미국화학회 전문학술지(ACS catalysis) 5월 28일 자 온라인에 실렸다. 제 1 저자는 박성현(과학기술연합대학원대학교 석박통합과정), 서호균(포항 가속기 연구소 Post Doc) 씨 등이다.

/세종=정종오 기자(ikokid@inews24.com)

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