KAIST, '글루타르산' 생산 가능 미생물 균주 개발...세계 최고 농도

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한국과학기술원(KAIST·총장 신성철)은 이상엽 생명화학공학과 특훈교수팀이 세계 최고 농도의 '글루타르산' 생산 미생물 균주를 개발했다고 19일 밝혔다.

글루타르산은 무색 고체로, 사탕무나 양모 추출물에 들어있다. 폴리아미드, 폴리우레탄, 글루타르산 무수물 생산 등에 쓰이는 중요 유기 화합물이다. 지금까지는 화학적 방법으로 생산됐는데, 친환경적이지 않다는 단점이 있다.

고농도 글루타르산 생성능을 가지는 코리네박테리움 글루타미쿰 제작 시스템 대사공학 전략
<고농도 글루타르산 생성능을 가지는 코리네박테리움 글루타미쿰 제작 시스템 대사공학 전략>

따라서 포도당에서 생물학적인 생산 위한 연구가 활발하다. 다만 높은 생산 농도를 달성하는 데 한계가 존재했다. 표적 유전자들만을 개량했기 때문에 균주 개발에 어려움도 많았다.

연구팀도 앞서 토양 세균의 일종인 '수도모나스 푸티다' 균주의 유전자를 대장균에 도입해 글루타르산을 생산하는 성과를 냈는데, 농도가 낮았다.

연구팀은 취약점 개선을 위해 '코리네박테리움 글루타미쿰'을 이용한 글루타르산 생산 공정에 주목했다. 해당 균주가 글루타르산의 전구체(전 단계의 물질)인 '라이신'을 1리터당 130g 이상 생산 가능하다는 점을 고려했다.

라이신을 과량 생산하는 코리네박테리움 글루타미쿰 균주에 수도모나스 푸티다균 유래 외래 유전자, 코리네박테리움 글루타미쿰 유전자로 이뤄진 생합성 경로를 구축했다. 이를 활용해 포도당으로부터 글루타르산을 효율적으로 생산하는 데 성공했다. 세계 최고 농도(105.3g/L)를 달성했다. 이는 기존 연구 대비 1.17배 수준이다.

이상엽 특훈교수
<이상엽 특훈교수>

이번 연구에 적용한 시스템 대사공학 전략과 발효 공정 최적화 기술을 활용하면 글루타르산 외에도 다양한 고부가 가치 화학물질을 생산하는 미생물 세포 공정 개발도 가능하다.

이상엽 특훈교수는 “이번 연구는 시스템 대사공학을 활용해 재생 가능한 탄소원으로부터 글루타르산을 친환경적으로 세계 최고 농도로 생산하는 균주를 제작했다”며 “향후 화학·환경·의료 분야 등 다양한 산업적 응용이 가능할 것”이라고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com