이상현 특훈 교수 연구팀…의료·식품 등 다분야 중요 역할 전망

[ 시티저널 허송빈 기자 ] KAIST 생명화학공학과 이상엽 특훈 교수 연구팀이 대장균을 발효시켜 바이오 매스로에서 헴(haem)을 생산하고 세포 밖으로 분비할 수 있는 기술을 개발했다.

이는 대사 공학 전략을 통해 헴의 생산량을 대폭 높이고 생산된 헴을 효과적으로 세포 바깥에 분비하는 데 성공한 친환경적, 효율적 원천 기술로 생산한 헴을 이용해 각종 산업의 확장에 기여할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
대장균을 이용한 헴 생산 기술이 개발된 바 있지만 생산량이 수 밀리그램(mg)에 그치고 생산된 헴이 세포 내에 축적되기 때문에 헴 추출 등의 문제를 해결하지 못했다.

따라서 고농도로 헴을 생산하면서도 세포 바깥으로 헴을 분비해 정제를 용이하게 하는 친환경 생산 시스템 개발이 필요했다.

연구팀은 바이오 매스를 이용한 고효율 헴 생산 미생물을 제작하기 위해 대장균 고유의 헴 생합성 회로를 구성했다.

또 기존에 사용하지 않던 C5 대사 회로를 사용해 헴 생산의 전구 체인 5-아미노레불린산을 생합성했다.

이를 통해 원가가 비싸고 세포 독성을 일으키는 물질인 글리신을 사용하지 않고도 헴 생산량을 대폭 높였다.

이 과정에서 연구팀은 헴 생산량이 향상됨에 따라 생산된 헴이 상당 비율로 세포 바깥으로 분비되는 것을 발견했다.

연구팀은 구성한 대장균의 헴 분비량을 더 높이기 위해 사이토크롬 생합성에 관여한다고 알려진 단백질인 헴 엑스포터를 과발현함으로써 헴 생산량과 세포외 분비량 모두가 향상된 헴 분비생산 균주를 개발했다.

이를 통해 헴 엑스포터와 헴의 세포외 분비 사이의 연관성을 밝혔다.

이번 연구를 통해 개발된 기술을 활용하면 환경, 위생, 윤리적 문제없이 재생 가능한 자원을 통해 헴 생산을 할 수 있다.

앞으로 의료와 식품 산업 등 헴을 이용하는 다양한 분야에 중요한 역할을 할 전망이다.

연구팀에 따르면 헴은 생명 유지에 필수적인 철분으로 혈액에서 산소를 운반하는 헤모글로빈이나 세포 호흡에 필수적인 사이토크롬을 비롯한 여러 중요한 단백질 기능에 핵심적 역할을 한다.

특히 인체 흡수율이 높기 때문에 고급 철분제나 약물로 이용 중이다.
자오신루이, 최경록 연구원이 참여한 이번 연구는 국제 학술지 네이처 카탈리시스(Nature Catalysis) 8월 28일자 온라인 판에 게재됐다.

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