한빛사 인터뷰
- 등록2020-05-12
- 조회4,640
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
시스템 대사 공학은 기존의 대사 공학적 기법과 시스템 생물학, 합성생물학 및 진화공학기법 등과의 융합을 통해 체계적으로 미생물대사를 재설계하여 목표화합물질의 효율적 바이오기반 생산이 가능하도록 하는 학문입니다.
세계는 화석연료 기반 산업으로부터 배출되는 온실가스, 유해물질 등으로 인한 환경위기에 처한 상황이며, 이를 개선하려는 세계적 움직임과 정부 규제 때문에 환경문제를 유발하는 석유화학 기반의 생산에서 지속가능하고 환경친화적인 바이오 기반의 생산으로의 전환은 필수적이라고 할 수 있습니다. 식품, 화장품, 의약품 합성에 사용되는 매우 중요한 산업 기반 화학물질인 숙신산은 고부가가치 화합물 생산에 기초가 되는 물질일 뿐만 아니라 바이오폴리머의 단량체로도 사용되기 때문에 다양한 산업에 적용할 수 있습니다.
숙신산은 Mannheimia succiniciproducens균을 대사공학적으로 조작하여 효율적인 생산이 가능합니다. Malate dehydrogenase (MDH)는 숙신산의 생산에 있어 핵심이 되는 효소 중 하나로 이번 연구에서는 다양한 MDH들의 생화학적, 구조적 분석과 최적의 MDH 도입을 통해 숙신산의 대량생산이 가능한 M. succiniciproducens 균주를 개발하였습니다. M. succiniciproducens의 physiological study와 MDH의 kinetic study를 통해, M. succiniciproducens MDH가 intracellular pH에서 낮은 specific activity와 oxaloacetate 기질에 대한 강한 uncompetitive 기질저해작용을 받아 숙신산 생산에 있어서 세포 내 환경에 적합하지 않음을 확인하였습니다.
이후, 숙신산을 생산을 위해 사용되는 산업균주들의 MDH와 M. succiniciproducens의 MDH의 relative activity를 비교하여 C. glutamicum 의 MDH가 가장 높은 activity를 가지는 것을 확인하였습니다. 그 원인을 찾기 위해 두 균주의 MDH간 구조적 비교분석을 진행하여 specific activity와 기질 저해의 susceptibility에 영향을 주는 주요 residue도 찾아내었습니다. 이런 결과들을 바탕으로 M. succiniciproducens 에 최적의 MDH를 도입하여 세계 최고 수준의 숙신산 생산이 가능한 균주 개발에 성공하였습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
제가 연구를 진행하고 있는 카이스트 생명화학공학과 Metabolic & Biomolecular Engineering National Research Laboratory (MBEL)은 이상엽 교수님의 지도 하에 대사공학, 유전체학, 단백질학, 대사체학, 생물정보학 primary and secondary metabolites 생산, 단백질 및 기타 바이오폴이머의 생산 및 엔지니어링 등을 연구하고 있습니다.
연구실 홈페이지 : http://mbel.kaist.ac.kr
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
저희 교수님과 숙신산 팀은 바이오 숙신산 생산기술의 상업화와 기술이전을 목표로 하고 있습니다. 이를 이루기 위해 20년 전 선배님들께서 직접 한우의 반추위에서 M. succiniciproducens를 isolate하고 우리나라 최초로 full genome sequencing을 했습니다. 그 이후 omics analysis, gene manipulation tool 개발, in silico tool 개발, 합성 배지 개발, enzyme engineering, tolerance engineering, 발효 공정개발 및 최적화, 분리 정제 기술개발, pilot plant 수준의 생산 검증과 경제성 평가, 숙신산을 전구체로 하는 다양한 화합물 및 폴리머 생산까지 진행해왔습니다.
기술이전을 위해 기초연구에서부터 활용까지 다양한 연구를 하였고, 이런 장기 연구를 접할 수 있는 기회는 흔치 않기에 자부심과 보람을 느낍니다. 최종 목표인 기술이전까지 성공적으로 진행하게 된다면 더 큰 보람을 느끼게 될 것 같습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
연구자로서 가장 필요한 자질은 연구분야에 대한 흥미와 꾸준함이라고 생각합니다. 연구 분야에 대한 끊임없는 관심과 흥미야 말로 연구를 계속하게 하는 원동력이라고 생각하며, 다양한 이유로 슬럼프가 오게 될 때도 있는데 이때 스스로 동기부여를 하며 꾸준히 연구에 임하면 원하는 결과를 달성하게 되는 것 같습니다. 또한 저는 주변 동료들과 함께 연구하며 서로의 부족한 부분은 채우고, 지식과 경험은 나누며 더 좋은 결과물을 얻을 수 있었습니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
제가 수행한 연구 결과들이 더 많은 연구자들에게 소개될 수 있기를 바라며 더욱 연구에 매진할 계획입니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들....
가장 먼저 이런 좋은 결과를 만들기까지 많은 지도와 격려를 해주신 이상엽 교수님께 감사인사를 올립니다. 그리고 이 공동연구를 수행하며 연구에 대한 조언과 응원의 말씀을 아끼지 않고 해주신 김경진 교수님에게 감사드립니다. 2년이 넘는 시간 동안 함께 연구하여 좋은 결실을 맺게 된 서호균 연구원도 감사드립니다. 연구생활에 있어 서로 도와가며 성장해준 실험실 동료들 준호, 종언 및 선배님, 후배님들께도 크게 감사드립니다. 마지막으로 오랜시간동안 저를 이해하고 배려해주며 힘이 되어준 다정, 그리고 언제나 응원해주시는 존경하는 아버지, 어머니, 동생 재호에게 애정어린 감사를 드립니다.
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