KAIST, 미생물 이용한 고효율 루테인 생산 기술 '최초 개발'

루테인 생산 대사회로 조작

한국과학기술원(KAIST)는 박선영 생명화학공학과 박사(현 LG화학)와 은현민 박사과정생 등 이상엽 특훈교수팀이 '루테인을 생산하는 미생물 균주 개발'에 성공했다고 17일 밝혔다.

루테인은 눈을 산화 손상과 자외선으로부터 보호하는 영양물질이다. 루테인은 노안, 백내장에 예방 및 치료 효과가 있다.

연구 결과는 국제 학술지인 '네이쳐 카탈리시스'에 8월 4일 게재됐다.

현재 공급되는 루테인은 주로 금잔화 꽃에서 추출해 생산되지만, 이는 대량 공급에 비효율적이다. 대안으로 화학적 합성 방법도 제시돼지만, 비대칭적인 화학 구조와 다양한 이성질체 존재로 이 또한 비효율적이다. 이 때문에 미생물 세포 공장을 개발하려는 노력이 이뤄지고 있다. 관련 분야인 시스템 대사공학은 이상엽 교수가 창시했다.

대장균 내 루테인 생산 대사회로를 구축했으며, 값싼 바이오매스 주원료인 글리세롤을 탄소원으로 사용해 고부가가치 루테인을 생산하는 대장균 균주를 개발했다. 개발 대장균 균주에 추가로 시스템 대사공학 기술과 대사회로 전자 채널링 전략을 도입, 대장균으로부터 루테인을 고효율로 생산할 수 있는 기술 개발에 성공했다.

연구진은 병목 단계 효소들을 그룹화해 세포 내 효소 주변의 기질, 전자들 농도를 높일 수 있는 기질 채널링 및 전자 채널링 효과를 만들었으며, 그 결과 루테인 생산을 위한 대사 흐름이 강화되면서 대장균을 이용해 루테인 고효율 생산에 성공했다.

연구팀은 또 동일한 전자 채널링 전략을 사용해 대장균에서 자몽의 향기 성분인 누카톤과 항노화 천연화합물인 아피게닌 생산에도 성공했다.

박선영 박사는 “이번 기술을 활용해 미생물 기반 의약품, 영양 보조제 등의 제품을 만드는 데 한 단계 앞으로 나아갈 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 기후환경연구개발사업의 '바이오화학산업 선도를 위한 차세대 바이오리파이너리 원천기술 개발 과제'와 농촌진흥청이 지원하는 농업미생물사업단 (단장 장판식)의 '카로티노이드 생산 미생물 세포공장 개발' 과제(과제책임자 국립농업과학원 김수진 박사) 지원을 받아 수행됐다.

김영준기자 kyj85@etnews.com