미생물을 이용하여 고효율 루테인 생산 기술 최초 개발

제목	미생물을 이용하여 고효율 루테인 생산 기술 최초 개발
추천 연구 논문	Metabolic engineering of Escherichia coli with electron channeling for the production of natural products (Nature catalysis, volume 5, 726-737 (2022))
선정 이유	미생물의 대사회로를 조작하는 기술인 대사공학을 이용해 대장균 내 루테인 생산 대사회로를 구축했으며, 이로써 값싼 바이오매스의 주원료인 글리세롤을 탄소원으로 사용해 고부가가치의 루테인을 생산하는 대장균 균주를 개발하였다. 개발한 대장균 균주에 추가로 시스템 대사공학 기술과 대사회로의 전자 채널링 전략을 도입함으로써 대장균으로부터 루테인을 고효율로 생산할 수 있는 기술 개발에 성공했다. 대사회로 상 여러 생화학적 반응에 관여하는 효소는 원하는 목표 화학물질로의 대사 흐름을 방해하기에 그동안 루테인을 특정량 이상으로 생산할 수 없었다. 연구진은 병목 단계의 효소들을 그룹화해 세포 내 효소 주변의 기질들과 전자들의 농도를 높일 수 있는 기질 채널링 및 전자 채널링 효과를 만들었으며, 그 결과 루테인 생산을 위한 대사 흐름이 강화되면서 대장균을 이용해 루테인을 고효율로 생산하는 데 성공했다.
주요 내용	ㅇ 그동안 미생물 내 대사회로를 조작하여 루테인을 생산하고자 하는 연구들이 많이 이루어져 왔지만, 루테인 외의 부산물이 많이 생산되었기에 특정량 이상의 루테인을 생산할 수 없었다. 이는 루테인 생산쪽으로의 대사 흐름을 강화하는 단계가 주 병목 단계인 것으로 파악되었다. ㅇ 본 연구진은 루테인 생산 경로 상의 병목 단계로 파악되는 대사반응에 기질 채널링과 전자 채널링 전략을 도입함하였다. 효소들을 스캐폴드화 하여 세포 내 효소 주변의 기질들과 전자들의 농도를 높일 수 있는 기질 채널링 및 전자 채널링 효과를 만들었으며, 그 결과 루테인 생산을 위한 대사 흐름이 강화되면서 대장균을 이용하여 루테인을 고효율로 생산하는 데 성공했다. ㅇ 연구진은 또한 동일한 전자 채널링 전략을 사용하여 대장균에서 자몽의 향기 성분인 누카톤과 항노화 천연화합물인 아피게닌 등을 생산하는 데 성공했다.
시사점	천연자원으로부터의 비효율적인 추출법을 대체할 수 있는 미생물 기반의 고효율 루테인 생산 기술을 개발했다는 점에 의의가 있다. “이번 기술을 활용해 미생물 기반의 의약품, 영양 보조제 등의 제품을 만드는 데 한 단계 앞으로 나아갈 수 있을 것