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차지원
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Engineering of Klebsiella oxytoca for production of 2,3‐butanediol using mixed sugars derived from lignocellulosic hydrolysates

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

지구온난화와 석유 고갈로 문제가 심각해지면서 바이오매스로부터 미생물을 이용해 바이오 화합물과 바이오연료를 생산하고자 하는 필요성이 대두되고 있습니다. 특히 목질계 바이오매스는 농업 및 산림업에서 다량으로 공급이 가능하여 현실적이고 경제적인 대안으로 고려되어 왔습니다. 이에 따라 목질계 바이오매스로부터 효소 당화나 강산 당화와 같은 다양한 전처리 기술을 통해 미생물이 이용 가능한 당을 확보하고, 목적 화합물을 효율적으로 생산할 수 있는 대사 회로를 갖춘 미생물을 개발하고자 하는 연구가 다수 진행되고 있습니다. 하지만 미생물은 포도당을 포함한 여러 종류의 당이 존재할 경우 탄소 이화 대사 억제 작용으로 인해 비효율적인 당 소모능을 보입니다. 따라서 혼합당인 목질계 당화액의 효율적인 소모 및 대사산물 생산을 위해 외래 자일로오스 수송 유전자 도입 및 적응진화를 수행하였습니다. 이렇게 개량된 미생물을 통해 네 종류의 당을 포함하는 소나무 당화액으로부터 2,3-부탄디올을 효율적으로 생산할 수 있었습니다. 본 연구에서는 두가지 종류의 실당화액으로부터 개량 균주의 효율적인 당 소모능을 보였고, 이에 따른 향상된 2,3-부탄디올 생산성을 입증함으로써 연구의 목적을 달성할 수 있었습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.

본 연구는 카이스트 생명화학공학과 정기준 교수님 연구실(Protein Engineering Laboratory, PEL)에서 진행되었습니다. 본 연구실은 유전공학을 바탕으로 미생물 기반 고부가가치 산물의 고생산을 위한 전략 개발을 중점적으로 연구하고 있습니다. 특히 본 연구에서와 같이 경제적이고 지속가능한 바이오매스 유래 혼합당을 효율적으로 이용하기 위해 합성생물학 연구를 통해 우량 균주를 개발하고 대량 배양을 통해 유용한 바이오 연료를 생산하는 연구가 진행 중에 있습니다.

3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

저를 지도해 주시는 정기준 교수님께서는 연구를 진행하기에 앞서 항상 논리를 강조하십니다. 따라서, 뜻밖의 연구 결과가 나올 때면 새로운 논리를 찾아 계획을 세웁니다. 새롭게 설계한 대로 진행하여 목표로 했던 결과가 나올 때면 가장 보람을 느낍니다. 또한 교수님 지도 하에 탄탄한 초석을 다져나간다는 마음가짐으로 하루하루를 지내다 보니 앞으로의 미래에 대한 자신감과 여태 쌓아온 경험들이 자부심으로 느껴집니다. 본 연구를 통해서는, 개발된 균주를 통해 목질계 바이오매스 유래 혼합당으로부터 효율적인 고부가가치 산물을 생산함으로써 친환경적이고 경제적이란 측면에서 보다 윤택한 인류의 삶에 공헌할 수 있는 연구를 했다는 점에서 보람을 느낍니다.

4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 학생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

합성생물학이라는 분야는 기존에 알려진 정보를 바탕으로 생물의 구성 요소를 변형시키거나 새로운 요소를 도입하여 생물에 새로운 능력을 부여하는 분야입니다. 응용과학을 위해서는 기초과학의 기반 또한 중요하기에 어려움이 따를 수 있지만, 그만큼 많은 것을 배울 수 있고 더 나아가 전 인류에 도움이 될 수 있다는 점에서 매우 흥미로운 분야라고 생각합니다. 물론 분야 특성상 목표로 하는 연구 결과를 얻기까지는 상당한 노력과 시간이 소요되기에 깊은 인내심이 요구되기도 합니다. 하지만, 이 과정을 겪고 나면 상당히 발전된 자신의 모습을 발견할 수 있을 것입니다.

5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

본 연구를 통해 개발된 균주의 향상된 당소모능과 2,3-부탄디올 생산성에 대한 원인을 찾고자 총유전체학과 전사체학을 기반으로 한 기초과학적인 분석과 2,3-부탄디올 생합성 경로만이 아닌 유리한 다른 대사회로를 찾아 추가적인 균주 개량을 진행할 것입니다. 최종적으로, 전략적인 발효를 통해 고부가가치 산물의 대량생산을 하고자 합니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들....

본 연구를 위해 목질계 당화액을 제공해주신 분들의 도움이 없었다면 좋은 연구 결과를 도출하기 어려웠을 것입니다. 그리고 항상 발전적인 방향으로 지도해주시는 정기준 교수님과 함께 생활하는 동료들, 공동연구에 참여해 주신 분들이 있었기에 비로소 의미 있는 연구를 할 수 있었습니다. 저에게 도움을 주신 모든 분들께 감사의 말씀드립니다.

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 등록일 2020-03-27
Category: Agriculture
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