김상섭 기자
인천대 서명지 교수팀, 고부가가치 바이오 소재 대량생산 기술도.(사진= 인천대 제공)
[뉴스통신=김상섭 기자] 인천대교수연구팀이 C30카로티노이드 '4,4′-디아포뉴로스포렌' 세계최고수준 656.3mg/L 생산에 성공했다.
11일 인천대(총장 이인재)는 연구팀이 재설계해 고부가가치 C30 카로티노이드 소재인 4,4ʹ-Diaponeurosporene; 4,4ʹ-DIA)을 세계 최고 수준으로 생산할 수 있게 됐다고 밝혔다.
이는 생명공학부 서명지 교수연구팀이 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum)을 정밀 대사공학으로 재설계해 이뤄졌다.
4,4ʹ-디아포뉴로스포렌은 희귀 C30 카로티노이드 계열소재중 하나로서 노란색의 천연색소로 알려져 있다.
특히, 활성산소를 제거하는 능력이 뛰어나 산화 스트레스로부터 세포를 보호하는 항산화 효과가 뛰어나다.
그리고, 항암 및 면역 증강, 염증성 장질환 완화, 가축 면역력 증강과 같은 기능성도 가지고 있어서 건강기능식품 및 의약품, 화장품, 가축사료 소재로 주목을 받고 있다.
기존에 널리 알려져 있는 라이코펜(Lycopene) 및 베타-카로틴(beta-carotene) 등과 같은 C40 카로티노이드 소재는 현재 상업화가 상당히 진행돼 있다.
그러나, 4,4ʹ-디아포뉴로스포렌과 같은 C30 카로티노이드는 현재까지 대량생산이 불가능해 상업화가 이뤄지지 않은 소재였다.
서명지교수 연구팀은 합성생물학 및 대사공학, 조합생합성기술을 이용해 4,4ʹ-디아포뉴로스포렌을 고효율로 생산할 수 있는 정밀 코리네박테리움 글루타미쿰 정밀미생물을 설계했다.
이를 통해 유가식 발효(Fed-batch fermentation)를 통해 656.3 mg/L (21.9 mg/L/h) 수준의 4,4ʹ-디아포뉴로스포렌을 생산하는데 성공했다.
이는 기존 재조합 대장균(Escherichia coli)시스템을 통한 생산성대비 160배, 그리고 재조합 고초균(Bacillus subtilis) 대비 70배이상의 생산수준이다.
따라서, 세계 최고 수준의 4,4ʹ-디아포뉴로스포렌을 생산할 수 있는 정밀 미생물 및 발효 시스템을 구축했다.
연구를 이끈 서명지 교수는 “이번 연구는 세계 최고 수준으로 4,4ʹ-디아포뉴로스포렌을 생산할 수 있는 정밀 미생물 시스템을 구축했다는 점에서 그 의미가 매우 크다”고 밝혔다.
또한, “현재 연구실에서 진행하고 있는 또 다른 바이오 소재, 역시 정밀 미생물 설계 및 발효를 통해 대량생산을 유도하고 상업화가 가능하게 하는 것이 목표”라고 말했다.
대량생산은 특히 C50 카로티노이드인 박테리오루베인(Bacterioruberin) 및 1-데옥시노지리마이신(1-Deoxynojirimycin) 역시 정밀 미생물 설계 및 발효를 통해 이뤄진다.
그리고 “지속가능한 방식으로 값비싼 고부가가치 소재를 안전하고 값싼 미생물을 활용해 대량생산하는 방식이 우리가 추구해 나아가야할 바이오소재의 최적생산방법”이라고 강조했다.
해당 연구결과는 황치영 박사(인천대학교 생명나노바이오공학과, 현재 미네소타대학 박사후연구원)과 조의상 박사(국립호남생물자원관 전임연구원)이 공동 제1저자로 참여했다.
이밖에도 김성보 교수(연세대학)가 공동저자로 참여했으며, 국제 학술지인 Journal of Biological Engineering (2024 JCR 상위 5.8%)에 게재됐다.
한편, 연구는 과학기술정보통신부 지원 2022년도 기본연구사업의 ‘조합생합성 및 최적 코리네박테리움 글루타미쿰 시스템기반 희귀 C30 카로티노이드 천연색소 생산공정 개발(RS-2022-NR072558)’.
2025년도 중견연구 사업의 ‘정밀발효 기반 코리네박테리움 글루타미쿰 시스템 재설계를 통한 근감소 완화 C50 카로티노이드 식의약 소재 개발(RS-2025-00554776)’,
2025년도 개척연구 사업의 ‘신규 폴리아마이드 바이오 플라스틱소재 개발을 위한 코리네박테리움 글루타미쿰기반 차세대 글루카르산생산 미생물 플랫폼 구축(RS-2025-16067759)’.
그리고 교육부지원 2024년도 학문후속세대지원사업(박사과정생연구장려금지원)의 코리네박테리움 글루타미쿰 균주 개발(RS-2024-00406342)’의 지원을 받아 수행됐다.
