고효율 맞춤형 세포공장 개발 가능성 열어
대장균 바이오공장의 핵심 생체 정보가 규명되면서 바이오산업을 위한 기술 개발에 청신호가 켜졌다.
교육과학기술부는 산업적 응용에도 널리 활용되는 모델 생명체인 ‘대장균’의 생명현상과 관련된 중요한 생체 정보(오믹스 정보)가 국내 연구진에 의해 규명됐다고 밝혔다.
오믹스란 특정 세포 속에 들어 있는 생리현상과 관련된 대사에 대한 대량의 정보(전사체, 단백질체, 형질체 등)를 통합적으로 분석해 생명현상을 밝히는 학문이다.
연세대 김지현 교수, 생명연 윤성호 박사 및 KAIST 이상엽 교수가 주도한 이번 연구는 가장 많이 활용되는 대장균 B와 K-12의 각종 오믹스 정보(전사체, 단백질체, 형질체 등)를 확보하고 컴퓨터 모델링을 이용해 시스템 수준에서 대장균의 대사 네트워크를 재구성하고 대장균 2종을 비교 분석하는데 성공했다.
그 결과 연구팀은 대장균 B 균주가 K-12에 비해 아미노산 생합성 능력이 뛰어나고 단백질분해효소가 적으며 편모가 없어 인슐린, 섬유소분해효소와 같은 외래 재조합 단백질을 생산하는데 매우 적합한 특성을 가지고 있다는 사실을 밝혀냈다.
또한 대장균 B 균주는 단백질 분비 시스템을 2개나 보유하고 있고 단백질 분비에 유리한 세포벽과 세포외막을 구성하고 있어 생산된 단백질을 세포 밖으로 배출하는데 유리하다는 것을 확인했다.
반면 K-12 균주는 고온에 노출되면 이에 대응하는 유전자를 더 많이 발현하고 몇 가지 스트레스 조건에 덜 민감했다.
연구팀은 대장균 B와 K12의 유전자들이 어떻게 상호작용하는지를 분석하는 DNA칩을 국내외 연구자들에게 무상으로 제공, 관련 연구 촉진과 저변 확대에도 기여했다.
대장균은 생명 현상을 이해하는 대표 모델로 바이오산업 측면에서도 중요한 미생물로서 의약용 단백질 등 유용재조합 단백질 생산과 석유 화학 물질을 대체하는 친환경 바이오화학제품 개발에 이용된다.
또 화석연료와는 다른 저탄소 신재생연료를 생산할 수 있어 작은 세포공장으로 불린다.
김지현 교수는 “이번 다중 오믹스 정보를 이용한 시스템 수준의 분석 연구는 우리 연구진이 지난 2009년에 규명한 대장균 유전체 지도 정보와 유전체 진화 양상과 함께 고효율 맞춤형 세포공장 개발에 청사진을 제공할 바이오시스템 디자인에 필수적인 정보와 핵심 기술을 확보했다는 점에서 의미가 크다”고 연구 의의를 밝혔다.
이번 연구성과는 유전학 분야의 권위 있는 국제 학술지 게놈 바이올로지 온라인에 지난달 29일 소개됐다.
교육과학기술부는 산업적 응용에도 널리 활용되는 모델 생명체인 ‘대장균’의 생명현상과 관련된 중요한 생체 정보(오믹스 정보)가 국내 연구진에 의해 규명됐다고 밝혔다.
오믹스란 특정 세포 속에 들어 있는 생리현상과 관련된 대사에 대한 대량의 정보(전사체, 단백질체, 형질체 등)를 통합적으로 분석해 생명현상을 밝히는 학문이다.
연세대 김지현 교수, 생명연 윤성호 박사 및 KAIST 이상엽 교수가 주도한 이번 연구는 가장 많이 활용되는 대장균 B와 K-12의 각종 오믹스 정보(전사체, 단백질체, 형질체 등)를 확보하고 컴퓨터 모델링을 이용해 시스템 수준에서 대장균의 대사 네트워크를 재구성하고 대장균 2종을 비교 분석하는데 성공했다.
그 결과 연구팀은 대장균 B 균주가 K-12에 비해 아미노산 생합성 능력이 뛰어나고 단백질분해효소가 적으며 편모가 없어 인슐린, 섬유소분해효소와 같은 외래 재조합 단백질을 생산하는데 매우 적합한 특성을 가지고 있다는 사실을 밝혀냈다.
또한 대장균 B 균주는 단백질 분비 시스템을 2개나 보유하고 있고 단백질 분비에 유리한 세포벽과 세포외막을 구성하고 있어 생산된 단백질을 세포 밖으로 배출하는데 유리하다는 것을 확인했다.
반면 K-12 균주는 고온에 노출되면 이에 대응하는 유전자를 더 많이 발현하고 몇 가지 스트레스 조건에 덜 민감했다.
연구팀은 대장균 B와 K12의 유전자들이 어떻게 상호작용하는지를 분석하는 DNA칩을 국내외 연구자들에게 무상으로 제공, 관련 연구 촉진과 저변 확대에도 기여했다.
대장균은 생명 현상을 이해하는 대표 모델로 바이오산업 측면에서도 중요한 미생물로서 의약용 단백질 등 유용재조합 단백질 생산과 석유 화학 물질을 대체하는 친환경 바이오화학제품 개발에 이용된다.
또 화석연료와는 다른 저탄소 신재생연료를 생산할 수 있어 작은 세포공장으로 불린다.
김지현 교수는 “이번 다중 오믹스 정보를 이용한 시스템 수준의 분석 연구는 우리 연구진이 지난 2009년에 규명한 대장균 유전체 지도 정보와 유전체 진화 양상과 함께 고효율 맞춤형 세포공장 개발에 청사진을 제공할 바이오시스템 디자인에 필수적인 정보와 핵심 기술을 확보했다는 점에서 의미가 크다”고 연구 의의를 밝혔다.
이번 연구성과는 유전학 분야의 권위 있는 국제 학술지 게놈 바이올로지 온라인에 지난달 29일 소개됐다.
메디컬투데이 이한울 (leehan@mdtoday.co.kr)
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