KAIST "미생물 안전 균주로 '루테인' 대량 생산 성공"

KAIST는 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 루테인을 대량 생산할 수 있는 미생물 균주를 개발하는 데 성공했다고 13일 밝혔다.

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

기존에 미생물 대사공학으로 루테인을 생산하는 연구에서는 부산물 생성이 많은 반면 루테인 축적량은 제한되는 한계를 보였다. 이는 루테인 합성 대사경로에서 특정 병목 단계가 존재해 대사 흐름이 원활하게 진행되지 않기 때문으로 분석됐다.

이에 연구팀은 루테인을 생산하는 경로에서 주요 병목으로 작용하는 대사반응을 개선하기 위해 전자 채널링(electron channeling) 전략을 도입했다.

전자 채널링은 생체 내 또는 인공 생합성 시스템에서 특정 효소반응을 보다 빠르고 효율적으로 일어날 수 있도록 전자가 이동하는 경로를 제어하는 기술을 말한다.

이를 기반으로 연구팀은 루테인을 만드는데 필요한 효소를 최적화된 단백질 구조(스캐폴드) 시스템에 가깝게 배열, 효소 주변 재료(기질)와 전자의 농도를 높여 루테인 합성 대사 흐름을 효과적으로 증대시켰다.

또 포도당을 활용해 고효율로 루테인을 생산할 수 있는 미생물 플랫폼을 구축했다.

이 결과 연구팀은 54시간 만에 1.78g/L의 루테인을 생산하는 데 성공했다. 이는 시간당 32.88mg/L의 생산성을 기록, 기존 식물이나 미세조류에서 루테인을 추출하는 방식보다 신속하고 효율적인 방법으로 루테인을 대량 생산할 수 있다는 점에서 의미를 갖는다.

특히 이번 연구에서는 산업적 활용도가 높고 안전균주(Generally Recognized As Safe; GRAS)로 분류되는 '코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum)'을 새로운 생산 호스트로 활용했다.

은현민 박사과정생은 "이번 연구는 미생물 안전균주로 루테인 생산의 병목을 해소, 산업적 경쟁력을 높일 친환경 공정을 확립했다는 데 의미가 있다"고 말했다.

한편 이번 연구에는 생명화학공학과 은현민 박사과정생과 신디 박사가 공동 제 1저자로 참여했다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr