연구재단, KAIST 연구팀 '최소유전체' 독특한 생장원리 규명

미생물 기반 단백질 생산 효율 획기적 향상 기대

【대전=뉴시스】김양수 기자 = 적응진화 최소유전체의 번역체 번역과 외래 단백질 생산 그래프. 그림 A는 일반 대장균에서 발생하는 번역 완충 효과로 발현량이 증가할수록 번역 효율이 감소하며 B는 적응진화 최소유전체의 번역 효율로 발현량에 관계없이 번역효율이 일정한 것을 알 수 있다. C는 적응진화 최소유전체의 외래 단백질이 일반 대장균 대비 3배 높은 단백질 생산능력 있음을 보여주고 있다.2019.03.05(사진=한국연구재단 제공) [email protected]

【대전=뉴시스】김양수 기자 = 한국연구재단은 KAIST 조병관·김선창 교수 연구팀이 유전자가 최소한으로 축소된 미생물의 생장원리를 규명해 유용 단백질 생산효율을 획기적으로 높였다고 5일 밝혔다.

연구팀에 따르면 전자기기를 제작하듯 세포를 원하는 대로 합성해 바이오연료나 생리활성물질을 생산하는 유전공학 기술이 등장하면서 불필요한 유전자를 모두 제거하고 생명을 유지키 위해 최소한의 유전자만 남긴 ‘최소유전체’가 주목받고 있다.

하지만 대장균, 방선균, 효모 등의 최소유전체 제작이 시도되고 있으나 성장속도가 느려지는 등 한계가 있어 활용 가치가 높지 못한 실정이다.

이번 연구에서 KAIST 연구팀은 최소유전체 미생물의 성장 속도를 회복시키기 위해 자연계에서 수십~수백만 년에 걸쳐 진행되는 진화과정을 실험실에서 재현·가속화한 '적응진화기법'을 활용, 최소유전체 대장균의 성장속도를 기존 대비 180% 증가시키는데 성공했다.

또 적응진화 최소유전체의 돌연변이 분석에 들어가 적응진화 과정에서 발생한 118개의 돌연변이를 발견하고 돌연변이를 개별적으로 재현·검증해 성장 속도를 증대시키는 원인 유전자를 규명해 냈다.
 
연구팀은 "적응진화 최소유전체는 DNA의 유전자 정보를 mRNA로 전사하는 RNA 중합효소의 돌연변이로 인해 세포 내의 전체적인 유전자 발현이 재구축됐다"며 "최소유전체의 대사 경로와 유전자 발현은 일반적인 미생물과 상당히 다르다는 것을 규명했다"고 설명했다.

이 최소유전체는 당대사 과정에서 대부분의 생명체가 주로 사용하는 경로가 아닌 대사 경로를 더 많이 이용하고 있어 타 대장균보다 4.5배 높은 환원력을 갖고 있다.

이어 연구팀은 이 유전체가 높은 환원력을 가진 최소유전체 대장균을 바탕으로 뛰어난 항산화 효과와 항암효과를 가진 리코펜 및 비올라세인의 생산량을 일반 대장균 대비 80% 증가시키는 것을 확인했다.

특히 연구팀이 번역체 해독을 통해 확인한 결과, 최소유전체에서는 현재까지 밝혀진 모든 미생물에서 존재하는 번역 완충 현상이 발생하지 않아 단백질 생산량이 일반 대장균에 비해 200% 증대되는 것으로 나타났다.

 최소유전체 미생물의 작동원리를 규명한 이번 연구는 향후 미생물 기반 바이오 화합물 생산 산업에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.

 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 글로벌프론티어사업의 지원으로 수행됐으며 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 최근 게재됐다. 논문명은 Adaptive laboratory evolution of genome-reduced E. col. )

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