석유 화학 물질 없이 포도향 생산하는 방법
석유 화학 물질 없이 포도향 생산하는 방법
  • 함예솔
  • 승인 2019.05.22 20:25
  • 조회수 1983
  • 댓글 0
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연구배경은?

  • 석유 자원의 고갈, 기후변화 및 환경 문제가 커지면서 여러 유용한 화학물질 생산을 위한 친환경적이고 지속 가능 공정의 중요성과 관심이 날로 커지고 있습니다. 
  • 특히 대사공학은 재생 가능한 비식용 바이오매스로부터 다양한 천연 및 비천연 화합물 생산을 가능하게 해 지속 가능한 발전을 위한 해결책을 제공해왔습니다. 
  • 그러나 식물에서 유래한 천연화합물 생산을 위한 미생물 개발은 여전히 부족한 분야로 남아 있었습니다. 

 

달달 상큼한 포도향~ 출처: fotolia
달달 상큼한 포도향~ 출처: fotolia

메틸안트라닐산?

  • 메틸안트라닐산은 콩코드 포도 특유의 향과 맛을 내는 주요 천연화합물로 여러 과일 및 식물에 함유돼 있습니다. 
  • 특히 메틸안트라닐산은 좋은 향 때문에 향수와 화장품, 의약품 등에 향미 증진제로 광범위하게 사용되는 물질로 다방면으로 활용 가능합니다. 
  • 그러나 식물에서 메틸안트라닐산을 추출하는 방식은 경제성이 낮아 지난 100여 년간 유기용매를 사용하는 석유 화학적 방법으로 제조돼 인공착향료로 분류됐습니다.
메틸안트라닐산 생산과정. 출처: KAIST
메틸안트라닐산 생산 과정. 출처: KAIST

뭘 개발했나?

  • KAIST 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 대사공학기법을 이용해 재조합 미생물 기반의 포도향을 생산하는 공정을 개발했습니다. 
  • 미생물의 대사 회로를 설계해 포도당과 같이 재생 가능한 바이오매스로부터 100% 천연 메틸안트라닐산을 화학 촉매 없이 효율적으로 생산하는 공정을 최초로 개발했습니다. 
  • 생산 공정이 단순하고 친환경적이기 때문에 경제적인 방식으로 고부가가치 물질인 메틸안트라닐산을 생산할 수 있습니다. 
  • 이번 연구는 <미국 국립과학원회보(PNAS)>에 게재됐습니다. 

 

미생물에서 메틸안트라닐산 생산을 최적화하기 위한 전체 대사공학적 전략의 개요. 출처: KAIST
미생물에서 메틸안트라닐산 생산을 최적화하기 위한 전체 대사공학적 전략의 개요. 출처: KAIST

어떻게 조사했나?

  • 연구진은 메틸안트라닐산의 전구체인 안트라닐산을 생산하는 생합성 경로에 관여하는 유전자들을 증폭 또는 결실시켜 포도당으로부터 안트라닐산 생산을 고효율로 가능하게 했습니다. 
  • 또한, 안트라닐산 생산에서부터 메틸안트라닐산을 생산하는데 있어 대사공학적으로 보조기질(cofactor)를 증폭시켜 안트라닐산이 메틸안트라닐산으로 더 효과적으로 전환할 수 있게 했습니다. 
  • 메틸안트라닐산은 사람이 섭취 가능해야 하기 때문에 유전공학적으로 손쉽게 조작이 가능한 대장균을 이용해 먼저 균류를 개발했습니다.
  • 이후 사람이 섭취 가능한 아미노산 물질을 생산하는 코리넬박테리움 글루타미쿰이라는 균주에 비슷한 전략을 도입해 균주를 개발했습니다. 이렇게 개발된 균주는 발표를 통해 100% 천연 메틸안트라닐산을 포도당으로부터 생산하는데 성공했습니다. 참고로 코리넬박테리움 글루타미쿰은 1956년 일본에서 발견된 균주로 처음으로 발효를 통해 화학조미료 MSG(monosodium glutamate)를  생산해 주목받은 균주입니다. 

 

특이한 점은?

  • 메틸안트라닐산 같은 식물 유래 천연 방향족 화합물들은 미생물에게 독성이 매우 강하기 때문에 미생물에서 메틸안트라닐산 생산을 고농도로 생산하는 것이 어려웠습니다.
  • 이에 연구진은 이상(二相) 추출 발효 과정을 이용해 생산되는 메틸안트라닐산 메틸을 정제하는 방법도 개발했습니다. 

 

이 연구가 왜 중요할까?

이상엽 교수. 출처: KAIST
이상엽 교수. 출처: KAIST

 

 

"지난 100년 동안 석유화학 기반으로만 생산된 메틸안트라닐산을 100% 바이오 기반의 친환경 방식으로 생산할 수 있게 된 기술입니다. 천연 메틸안트라닐산은 향후 식품, 의약품 및 화장품 산업에 다방면으로 이용할 수 있을 것 입니다" 

-KAIST 이상엽 특훈교수-

 

 

 

 

 


##참고자료##

 

 


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