최소유전체 정상 대장균과는 다른 당대사 경로 이용…환원력 4.5배 ↑

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▲적응 진화를 통한 최소유전체 대장균의 성장 속도 증대 (사진=한국연구재단 제공)

한국연구재단은 KAIST 조병관, 김선창 교수 연구팀이 유전자가 최소한으로 축소된 미생물의 생장 원리를 규명해 유용 단백질 생산 효율을 향상시켰다고 5일 밝혔다.

전자 기기를 제작하듯이 세포를 원하는 대로 합성하여 바이오연료나 생리 활성 물질을 생산하는 유전공학 기술이 등장했다. 그 중에서도 불필요한 유전자를 모두 제거하고 생명을 유지하기 위한 최소한의 유전자만 남긴 ‘최소유전체’가 주목받고 있다.

대장균, 방선균, 효모 등의 최소유전체 제작이 시도되었으나, 성장속도가 느려지는 등 한계가 발생해 활용 가치가 크지 않았다.

연구팀은 자연계에서 수백만년에 걸친 진화과정과 같이 실험실에서 최소유전체 대장균이 단기간에 적응진화하도록 유도했다. 이로써 최소유전체의 성장 속도를 정상세포 수준(기존 최소유전체의 180% 가량)으로 회복시키고, 단백질 생산성을 획기적으로 향상시켰다.

특히 최소유전체는 정상 대장균과는 다른 당대사 경로를 이용하여, 환원력이 4.5배 높은 것으로 밝혀졌다. 이로써 리코펜 또는 비올라세인과 같은 유용물질을 80% 더 많이 생산했다.

또한 모든 미생물들은 유전자를 조작해도 단백질을 일정 수준 이상 생산하지 못하는 ‘번역 완충’ 현상이 발생하는 반면, 최소유전체는 이 현상이 발생하지 않으므로 단백질 생산량이 200% 증대됐다.

연구진은 “이 연구를 통해 최소유전체 미생물의 작동원리를 규명함으로써, 향후 미생물 기반 바이오 화합물 생산 산업에 큰 기여를 할 것으로 기대된다”고 연구 의의를 설명했다.

이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 글로벌프론티어사업의 지원으로 수행됐으며, 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 2월 25일(한국시간) 게재됐다.

 

메디컬투데이 지용준 ([email protected])

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