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시스템대사공학과 세포막 개량을 통한 천연 무지개 색소 생산 대장균 개발
양동수
양동수 (KAIST)
2021 BRIC 세미나 하반기  |  2021.09.14
우리 생활에서 널리 활용되고 있는 각종 색소는 건강과 밀접한 관계를 갖고 있습니다. 하지만 대부분의 색소는 건강에 악영향을 미칠 수 있는 석유 화합물로부터 생산되는 합성 색소일 뿐만 아니라, 합성 색소를 이용한 옷감 염색으로 인한 수질 오염 문제 또한 심각한 상황입니다. 이러한 건강 및 환경 문제를 해결하기 위해 저희 연구팀은 일곱 빛깔의 천연 무지개 색소를 생산할 수 있는 대장균 균주를 개발하였습니다. 다양한 특성의 천연색소 중 저희는 지용성 식품과 의류 염색 등에 활용되는 소수성 천연색소에 주목했다. 우선 시스템대사공학 기술을 이용하여 카로티노이드 계열 색소인 아스타잔틴(빨강), 베타-카로틴(주황), 제아잔틴(노랑)과 비올라세인 유도체 계열 색소인 프로비올라세인(초록), 프로디옥시비올라세인(파랑), 비올라세인(남색), 디옥시비올라세인(보라)을 각각 생산하는 대장균 균주를 개발하였습니다. 미생물에서 소수성 색소가 생산되면 세포 밖으로 배출되지 않고 세포 내부에 축적되므로, 색소를 축적할 수 있는 세포 내 수용력에는 한계가 있습니다. 따라서 저희는 세포의 모양을 변화시키거나 세포 내 소낭을 형성해 미생물 내부의 소수성 천연색소 축적량을 증가시키고자 하였습니다. 또한, 색소 생산량을 더욱 증가시키기 위해 세포 외 소낭을 형성해 미생물 밖으로 소수성 천연색소를 분비해 무지개 색소를 고효율로 생산하는 데 성공하였습니다. 이번 연구는 포도당 또는 글리세롤을 단일 탄소원으로 사용해 일곱 빛깔의 천연 무지개 색소를 생산하는 대장균 균주를 최초로 개발하였다는 데에 의의가 있습니다. 또한, 본 연구를 통하여 개발된 시스템대사공학 및 세포막 개량 전략은 색소 뿐만 아니라 다른 다양한 천연물을 고효율로 생산하는데 활용될 수 있을 것으로 기대됩니다.
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