눈 건강 지킴이 ‘루테인’, 미생물로 안전하게 대량 생산…KAIST, 친환경 기술 개발

KAIST 이상엽 특훈교수 연구팀
루테인 대량 생산 코리네박테리움 균주 개발
이 교수 창업한 ‘실리콘바이오’와 기술 상용화 추진

(왼쪽부터) 은현민 박사과정, 이상엽 특훈교수, 신디 박사./KAIST

노안 또는 백내장 예방에 도움을 주는 건강기능식품으로 널리 쓰이는 ‘루테인’을 친환경적으로 대량 생산할 수 있는 길이 열렸다. 한국과학기술원(KAIST) 연구팀은 미생물을 이용해 기존 방식보다 더 안전하고 빠르게 루테인을 생산하는 새로운 기술을 개발했다. 앞으로 다양한 건강기능식품이나 의약품 원료 개발에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

KAIST는 이상엽 생명화학공학과 교수 연구팀이 루테인을 만드는 효소들의 작동을 더 빠르게 해주는 기술을 개발해, 루테인을 친환경적으로 생산하는 데 성공했다고 13일 밝혔다. 이번 결과는 국제 학술지 ‘네이처 합성(Nature Synthesis)’에 지난 4일 실렸다.

루테인은 마리골드 꽃잎 또는 미세조류에서 추출하거나 화학적으로 합성해 얻는다. 하지만 생산량이 적고 비용이 많이 든다는 단점이 있었다. 또 추출과정에서 환경 오염에 대한 우려도 적지 않았다. 연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 설탕처럼 흔한 포도당을 먹이로 쓰는 미생물을 이용해 루테인을 만들기로 했다.

특히 이번 연구에서는 식품·의약품 원료 생산에 적합하다고 인정받은 안전한 미생물인 ‘코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum)’을 활용했다. 이 균주는 산업용 아미노산 생산에도 널리 쓰일 만큼 안전성과 활용성이 높다. 연구팀은 이 균주에 루테인을 만드는 대사 경로를 정교하게 설계하고, 효소 반응 속도를 높이기 위해 ‘전자 채널링(electron channeling)’ 기술을 적용했다.

전자 채널링은 효소들이 루테인을 만들 때 필요한 전자의 흐름을 원활하게 만들어주는 기술이다. 루테인 생산에 관여하는 효소들을 가까이 배치해 효소 활동이 잘 이뤄지도록 돕고, 전자와 원료가 잘 모이게 설계했다. 그 결과, 54시간 만에 1.78g/L의 루테인을 만들어냈다. 이는 시간당 32.88㎎/L의 생산량으로, 기존 식물 추출 방식보다 훨씬 빠르고 효율적인 수치다.

연구를 주도한 은현민 박사과정생은 “이번 연구는 미생물 기반 루테인 생산의 병목을 해소하고 산업적으로 경쟁력 있는 친환경 공정을 확립한 사례”라며 “향후 루테인을 포함한 다양한 천연물 생산 기술의 실용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

연구팀은 이 기술을 향후 이 교수의 교원창업기업인 실리코바이오를 통해 상용화를 추진할 예정이다.

이상엽 특훈교수는 “미생물을 활용한 대사공학 기술은 기존의 식물 기반 및 화학합성 방식을 뛰어넘는 차세대 전략으로 부상하고 있다”며 “앞으로도 고부가가치 천연물의 효율적 생산을 위한 연구를 지속하겠다”고 말했다.

참고 자료

Nature Synthesis(2025), DOI: https://doi.org/10.1038/s44160-025-00826-3

- Copyright ⓒ 조선비즈 & Chosun.com -