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대장균 이용해 철분 생산… 실용화 가능한 미생물 활용법 나왔다

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2018년 09월 06일 13:39 프린트하기

대장균을 이용한 헴 생산 및 세포외 분비 전체 개념도. KAIST 제공
대장균을 이용한 헴 생산 및 세포외 분비 전체 개념도. KAIST 제공

국내 연구진이 단백질에 둘러싸여 다른 철보다 흡수가 10배정도 잘 되는 ‘헴철’을 대량 생산하는 기술을 개발했다.

 

이상엽 KAIST 생명화학공학과 특훈교수팀은 대장균을 이용해 헴철을 생산할 수 있는 기술을 새롭게 개발했다고 6일 밝혔다. 헴철은 혈액에서 산소를 운반하거나 세포 호흡에 사용되는 생명 유지에 필요한 성분이다. 몸에 잘 흡수돼 고급 철분제나 약물로 이용된다. 최근엔 고기 맛을 내는 핵심요소로 밝혀져 채식주의자들을 위한 콩고기 제조 등에도 첨가된다.

 

연구진은 미생물의 형질을 바꿀 수 있는 ‘대사공학’ 기술을 이용해 대장균이 헴철을 생산하도록 만든 다음, 이를 세포 바깥으로 분비하도록 유도했다.

 

기존에는 유기 용매를 이용해 동물의 혈액이나 일부 식물 조직으로부터 헴철을 추출해 왔다. 이 방식은 비효율적일뿐 아니라 친환경적이지 않다는 한계가 있다. 과거에도 대장균을 이용한 헴 생산 기술이 개발됐지만 생산량이 낮은데다, 생산된 헴철이 대장균 내에 축적되기 때문에 다시 추출 과정을 거쳐야 했다. 고농도로 헴철을 생산하면서도 세포 바깥으로 헴을 분비해 정제를 용이하게 하는 친환경 생산 시스템 개발한 것은 이번이 처음이다. 

 

연구팀은 고효율로 헴철을 생산하는 미생물을 제작하기 위해 대장균 고유의 헴철 합성 회로를 구성한 결과 헴철 생산량을 대폭 높였다. 대량으로 헴철을 생산하게 된 대장균이 헴철을 상당 부분 체외로 배출하는 것도 알아냈다. 이렇게 헴철을 생산하면 원가가 비싸고, 세포 독성까지 일으키는 물질인 글리신을 사용할 필요가 없다.

 

이번에 개발된 기술을 활용하면 환경 및 위생, 윤리적 문제 없이 재생 가능한 자원을 통해 헴철을 생산할 수 있을 것으로 보인다. 연구진은 이 기술이 향후 의료 및 식품 산업 등 헴철을 이용하는 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대하고 있다.

 

이 교수는 “건강 보조제, 의약품, 식품 첨가물 등 다양한 활용이 가능한 헴을 미생물발효를 통해 고효율로 생산했다”며 “산업적 활용을 위한 헴의 생산 및 정제를 용이하게 했다는 점에서 의의가 있다”고 말했다.

 

이번 연구성과는 국제 학술지 ‘네이처 카탈리시스(Nature Catalysis)’ 8월 28일자 온라인 판에 게재됐다.

 

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