KAIST 학생들, 천연물 생산 위한 대사공학 연구 정리

[이데일리 강민구 기자] 국내 대학원생 4명이 대장균 세포 공장을 개발해 생산된 대표 천연물들의 생합성 경로에 대해 최신 연구 내용과 흐름을 한눈에 파악하도록 대사 회로를 정리했다.

한국과학기술원(KAIST)은 이상엽 생명화학공학과 특훈교수 연구팀 소속 학생들이 ‘천연물 생산을 위한 대장균에서의 대사공학’을 주제로 논문을 발표했다고 1일 밝혔다.

대장균 세포 공장을 개발해 생산한 대표 천연물들의 대사회로 지도. <자료=한국과학기술원>

학생들은 논문에서 천연물 생산 대장균 세포 공장 개발을 위한 시스템 대사공학 전략을 ‘효소 개량’, ‘대사흐름 최적화’, ‘시스템 접근법’ 등 3단계로 정리했다. 단계별로 활용 가능한 최신 도구와 전략을 대사공학이 나아가야 할 방향도 함께 제시했다.

천연물은 식품과 의약품 등의 분야에 널리 사용되고 있다. 부가가치가 높은 천연물에 대한 국제 수요와 시장규모가 증가하고 있다. 다만 천연자원으로부터 얻을 수 있는 양은 제한적이고, 완전한 화학합성은 효율이 낮고 유기 용매를 다량 이용해 환경 오염과 인류 건강에 나쁜 영향을 초래할 수 있다.

이에 전 세계 연구자들은 천연물을 친환경적이며 고효율로 생산 가능한 미생물 세포 공장을 개발해 왔다. 이상엽 교수는 기존 석유화학산업을 대체할 바이오산업의 핵심이 되는 미생물 균주를 보다 효과적으로 개발하기 위해 시스템 대사공학을 제시하고, 관련 연구를 수행해 왔다.

이 교수 연구팀은 실제 시스템 대사공학 전략을 이용해 천연물·아미노산·생분해성 플라스틱·환경친화적인 플라스틱 원료와 바이오 연료 등을 생산하는 고성능 균주들을 개발했다.

이 교수는 “천연물 생산을 위한 대사공학 연구를 분석·정리하고, 앞으로의 전략을 제시했다는 점에서 의미가 있다”며 “권위 있는 학술지에 주 논문이자 표지논문으로 게재한 연구를 수행한 학생들이 자랑스럽다”고 말했다.

연구에는 양동수·박선영·은현민 박사과정과 박예슬 석사과정 학생이 참여했다. 연구결과는 국제학술지 ‘셀(Cell)’이 발행하는 생명공학 분야 리뷰지인 ‘생명공학의 동향(Trends in Biotechnology)’ 7월호 표지논문으로 1일 게재됐다.