유전자 최소화된 미생물 생장원리 규명돼

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

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

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

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 이용해, 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”라고 이번 연구 의의를 설명했다.

연구진에 따르면, 이번 연구를 통해 최소유전체의 문제점을 적응진화를 통해 해결했고, 다중 오믹스 분석을 통해 다각도로 분석해 최소유전체에 맞는 대사 원리를 발견했다.

또한, 최소유전체의 높은 환원력, 낮은 번역 완충 등을 활용해 일반 대장균보다 월등히 높은 유용물질 및 단백질 생산 능력을 검증했으며, 이를 통해 대사공학의 새로운 패러다임을 제시하고, 향후 미생물 기반 유용 물질 생산 및 바이오 화합물 생산 산업에 큰 기여를 할 것으로 기대한다.