한빛사 인터뷰
- 등록2022-11-04
- 조회1,042
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
본 연구에서는 화장품 및 의약품의 원료, 농작물 보호제 및 면역증강제로 사용이 가능한 2,3-부탄디올을 재조합 효모 (Engineered Saccharomyces cerevisiae)의 발효를 통해 생산하였습니다. 본 연구의 가장 큰 목표는 주정 발효 균주인 사카로마이세스 효모에서 2,3-부탄디올을 효과적으로 생산하기 위해 에탄올 생성을 제한한 후 세포 내 발생하는 산화·환원 불균형 문제를 효과적으로 해결하고자 하였습니다. 효모에서 에탄올을 제외한 다른 표적 물질 (2,3-부탄디올)을 효율적으로 생산하기 위해서는 에탄올 생산을 암호화하는 내인성 유전자 (피루브산 탈탄산효소: Pyruvate decarboxylase, 아세트알데히드 탈수소효소: Acetaldehyde dehydrogenase)의 발현을 완화하거나 제거해야 합니다. 일반적으로 효모는 산화·환원 균형 (Redox balance)을 유지하기 위해 포도당으로부터 에탄올을 생성하면서 NAD+ 를 재생하는 기작을 가지고 있습니다. 따라서, 효모의 에탄올 생성이 차단되면 세포 내의 NADH가 축적되게 되고 산화·환원 불균형으로 인해 낮은 세포 성장률과 낮은 포도당 소모율을 나타내게 됩니다.
본 연구에서는 에탄올 생성 차단으로 세포 내 축적된 NADH를 효율적으로 산화 시킬 수 있는 대체 대사 경로 (피루브산-말산 경로)를 2,3-부탄디올 생산 재조합 효모에 도입하였습니다. 그 결과, 재조합 효모에서 부산물로 에탄올과 글리세롤이 생성되지 않으면서 2,3-부탄디올을 높은 수율과 생산성으로 생산 할 수 있게 되었습니다.
또한 협업 과정을 통해 효모 2,3-부탄디올 발효액의 잠재적인 두 가지 응용 분야를 제시하였습니다. 첫 번째는, 화학공정을 통해서 생산한 메틸 에틸 케톤 (MEK)과 재조합 효모 발효로 생산한 2,3-부탄디올을 촉매 탈수 반응을 통해 생산한 MEK의 경제적 및 환경적 비용을 비교 분석하였습니다. 그 결과, 본 연구에서 제시한 새로운 생물화학공정을 기존의 화학공정과 비교 하였을 때 가격 경쟁력이 있으며, 지속 가능성 측면에서 월등히 우수하다는 것을 증명하였습니다. 두 번째는, 효모 2,3-부탄디올 발효액을 복잡한 정제 과정 없이도 식물의 가뭄 내성을 갖게 하는 생물 촉진제로 사용할 수 있다는 새로운 가능성을 제시하였습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
본 연구는 University of Illinois at Urbana-Champaign (UIUC)의 Carl R. Woese Institute of Genomic Biology (IGB) 라는 연구소에서 진행되었습니다. IGB에는 다양한 학문적 배경을 가지고 바이오 연구를 하는 그룹들이 함께 모여 있어서, 협업과정을 통해서 시너지를 만들어 내고 있는 연구소 입니다. 또한 IGB 에 위치한 연구실들이 다양한 국책 및 산업 과제를 수행하고 있기 때문에, 바이오 관련 모든 연구들을 손쉽고 수준 있게 할 수 있는 인력, 장비 및 시스템을 이미 갖추고 있습니다. 저는 IGB 에서 박사 과정 지도 교수님이신 진용수 교수님 (Department of Food Science and Human Nutrition) 지도하에서 미국 에너지부 (Department of Energy, DOE) 에서 운영하고 있는Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation (CABBI) 과제를 수행하였습니다. 특별히, CABBI 과제는 Feedstock production, Conversion, Sustainability 라는 3개의 큰 theme 으로 구성 되어 있는데, 각각의 theme에 해당되는 많은 연구자분들이 IGB에서 연구하고 계십니다. 저는 이 과제를 IGB에서 수행하면서 다양한 분야의 연구자분들과 쉽게 교류할 수 있었고 학문적으로 성장 할 수 있었습니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
저는 가끔씩 연구실 생활 초기에 작성했던 논문들을 다시 읽어볼 때가 있습니다. 그 당시에는 최선을 다해서 작성한 논문이지만, 지금 보면 부끄러울 때도 있고 다른 실험들을 그 때 더 추가했다면 더 완성도 있는 논문이 될 수 도 있었을텐데 하면서 아쉬워 할 때도 있습니다. 수많은 시행 착오를 통해서 조금씩 독립적 연구자로서 성장하고 있는 제 자신을 마주하면서 앞으로도 포기하지 않고 천천히 미지의 연구 분야를 개척해보고자 합니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
이미 훌륭한 연구자 분들께서 연구에 관해 많은 좋은 조언을 주셨는데, 저는 연구 외적인 부분에 대해서 말씀 드리고 싶습니다. 저는 제 동기들보다 조금 늦게 연구실 생활을 시작해서 늦었다는 마음에 연구 하는 동안에 늘 초조하기도 하고 불안하기도 했던 거 같습니다. 지금 돌이켜 생각해보면 연구는 다들 잘 아시겠지만 등산과 같은 긴 여정 인 것 같습니다. 등산가들이 높은 산을 등정할 때 베이스캠프를 설치해서 현지 날씨에 따라 휴식도 취하고 등산 페이스를 조절 하듯이 연구 생활에 베이스 캠프가 있으시면 좋을 것 같습니다. 연구 결과에 따라 때론 좌절하기도 하고 포기 하고 싶을 때도 있지만, 다시 앞으로 나아갈 에너지를 얻을 수 있는 본인만의 베이스 캠프가 있으시면 긴 연구 여정이 좀 더 행복하고 즐거울 것 같습니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
저는 현재 같은 대학에 있는 동물과학과 (Department of Animal Sciences)에서 박사 후 연구원으로 일하고 있습니다. 박사 과정 동안 배운 합성생물학과 박사 후 연구원 과정 때 배운 무균 동물 실험 (gnotobiotic piglet/mouse)을 통해 스테로이드 호르몬 (steroid hormone)과 담즙산 (bile acid)의 장내 생체변환 (biotransformation)이 호스트 (host)의 생리활성에 미치는 영향에 대해서 공부하고 있습니다. 멀지 않은 시간에 관련 연구들을 다시 한번 한빛사 인터뷰를 통해서 소개드릴 수 기회가 있으면 좋겠습니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
박사 과정 동안 인내해주시고 제가 독립된 연구자로 성장 할 수 있도록 도와 주신 진용수 교수님께 감사하다는 말씀 전하고 싶습니다. 좋은 연구를 할 수 있도록 예리한 통찰력으로 큰 그림을 제시해주시고 지도 해주셔서 감사 드린다는 말씀도 꼭 전하고 싶습니다. 단순히 미생물 대사공학을 이용한 부가 가치 산물 생산 연구가 아니라 더 큰 방향을 제시 할 수 있는 연구가 될 수 있도록 실험적으로 도와준 Sarang S. Bhagwat 학생, 조영범 박사님, Jeremy S. Guest 교수님, 그리고 논문의 다른 공저자분들께도 감사드립니다. 미국으로 유학 오기 전까지 지도해주시고 조언 주셨던 포항공대 박종문 교수님, 성균관대 권대혁 교수님께도 감사드립니다. 학위 과정 동안 연구적으로 생활적으로 좋은 방향으로 이끌어 주셨던 퍼듀대 오은중 교수님, 국민대 곽수량 교수님께도 감사드립니다.
부족한 저를 늘 지지해주시고 용기주시는 부모님, 장인어른, 장모님께 감사드리며, 옆에서 늘 제 편이 되어주는 저의 아내에게 진심으로 감사하고 사랑한다는 말 전하고 싶습니다.
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