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기사입력 : 2012.07.18 15:35
교과부 “고효율 맞춤형 세포공장 개발 가능성 열어”
[현대건강신문=박범용 기자] 과학적인 연구뿐만 아니라 산업적 응용에도 널리 활용되는 모델 생명체인 ‘대장균’의 생명현상과 관련된 중요한 생체 정보가 국내 연구진에 의해 규명되어, 바이오의약, 바이오화학, 바이오에너지 등 친환경 녹색 바이오산업을 위한 기술 개발에 청신호가 켜졌다.
연세대 김지현 교수(45세), 생명연 윤성호 박사(40세) 및 KAIST 이상엽 교수(47세)가 주도한 이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업, 21세기프론티어사업 및 글로벌프론티어사업 등의 지원으로 수행되었고, 유전학 분야의 권위 있는 국제 학술지인 ‘Genome Biology’에 최종 인쇄본이 온라판에 게재되었다.
생명현상을 이해하기 위한 대표적인 모델인 대장균은 산업적으로도 매우 중요한 미생물로서, 의약용 단백질 등 다양한 유용 재조합단백질 생산과 석유화학을 이용해 만든 각종 화학물질을 대체하는 친환경 바이오화학제품 개발에 이용될 뿐만 아니라, 화석연료와는 다른 저탄소 신재생연료를 생산할 수 있어 작은 세포공장으로 불린다.
지금까지는 대장균을 비롯한 세포공장의 유전자 정보는 물론 대사와 생리 및 기능에 대한 종합적인 정보가 부족해, 주로 단순한 시행착오 방식으로 연구개발이 진행되어 진행속도가 더뎠고 비효율적이었다.
연구팀은 가장 많이 활용되는 대장균 2종의 각종 오믹스 정보(전사체, 단백질체, 형질체 등)를 확보하고, 컴퓨터 모델링을 이용해 시스템 수준에서 대장균의 대사 네트워크를 재구성하고 대장균 2종을 비교 분석하는데 성공하였다.
그 결과, 연구팀은 대장균 B 균주가 K-12에 비해 아미노산 생합성 능력이 뛰어나고 단백질분해효소가 적으며 편모가 없어, 인슐린, 섬유소분해효소와 같은 외래 재조합 단백질을 생산하는데 매우 적합한 특성을 가지고 있다는 사실을 밝혀냈다.
또한 대장균 B 균주는 단백질 분비 시스템을 2개나 보유하고 있고, 단백질 분비에 유리한 세포벽과 세포외막을 구성하고 있어 생산된 단백질을 세포 밖으로 배출하는데 유리하다는 것을 확인하였다. 반면에 K-12 균주는 고온에 노출되면 이에 대응하는 유전자를 더 많이 발현하고, 몇 가지 스트레스 조건에 덜 민감하였다.
특히 연구팀은 이번 연구에 활용된 대장균 B와 K-12의 유전자들이 어떻게 상호작용하는지를 분석하는(마이크로어레이) DNA칩을 21세기프론티어사업의 지원으로 제작하여 국내외 연구자들에게 무상으로 제공함으로써, 관련 연구 촉진과 저변 확대에도 기여하였다.
김지현 교수는 “이번 다중 오믹스 정보를 이용한 시스템 수준의 분석 연구는 우리 연구진이 지난 2009년에 규명한 대장균 유전체 지도 정보와 유전체 진화 양상과 함께 고효율 맞춤형 세포공장 개발에 청사진을 제공할 바이오시스템 디자인에 필수적인 정보와 핵심 기술을 확보했다는 점에서 의미가 크다”고 연구 의의를 밝혔다.
