실제 미생물이 아닌 이와 유사한 생리현상을 지닌 '가상세포'로부터 산업에 유용한 물질을 효율적으로 생산할 수 있는 방법이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
한국과학기술원(KAIST) 이상엽(43) 교수 연구팀은 미생물의 게놈정보에 근거해 컴퓨터상에서 가상세포 실험을 가능케 하는 방법을 개발하고 이를 통해 유용 물질인 '숙신산(succinic acid, 일명 호박산)'을 효율적으로 생산하는 '맨하이미아 가상세포'를 개발하는데 성공했다고 11일 밝혔다.
미생물인 맨하이미아 균의 발효과정에서 얻어지는 숙신산은 고분자 원료 등 범용 화학제품, 청량음료, 조미료, 염료, 향료 등의 분야에 널리 사용된다.
이번 연구는 실제 미생물 대신 가상세포를 이용해 산업에 유용한 물질을 생산할 수 있는 방법을 제시함으로써 바이오 산업 발전에 획기적인 전기를 마련한 것으로 평가되고 있다.
이번 연구결과는 생명공학 분야 국제학술지인 '바이오테크놀로지 & 바이오엔지니어링' 7월호에 특급논문' 및 표지 논문으로 선정됐다. 특급논문은 연구 내용이 뛰어나 빠른 발표가 필요할 때 채택된다.
이 교수팀은 미생물의 게놈 정보를 전체적으로 분석, 컴퓨터상에서 가상세포 모델을 구성한 뒤, 이 모델을 활용해 다양한 생장 조건에서 미생물 대사 회로의 성장특성과 대사 산물(代謝産物)의 생산 특성 등을 컴퓨터 실험을 통해 밝혀내고, 실제 숙신산을 효율적으로 생산하는 맨하이미아와 매우 유사한 생리 현상을 보이는 가상세포를 만들어 내는데 성공했다.
이는 이 교수팀이 그 전에 개발한 초기 가상세포의 게놈을 총체적으로 재해석, 대폭 개량한 것이다.
연구팀은 한우의 반추위에서 숙신산을 생산하는 맨하이미아 균을 분리, 전체적으로 게놈을 해석하고 기능을 분석한 논문을 2005년 네이처 바이오테크놀로지에 게재한 바 있다.
연구팀은 이번 연구에서 맨하이미아 균주의 686개의 효소반응식과 519개의 대사물질로 구성된 대사 네트워크를 실제로 규명하고 배양실험을 통해 가상세포와 실제 세포의 행동이 일치함을 확인했다.
이 연구를 주도적으로 수행한 KAIST 생명화학공학과 박사과정 김태용(30)씨는 이번 연구에 대해 "가상세포가 생명현상에 대한 기초 정보를 얻기 위한 연구뿐만 아니라 산업 균주로서의 특성을 규명하고 균주 개량을 위한 연구에도 그 활용범위가 확대될 수 있음을 보여준 중요한 사례"라고 설명했다.
이 교수는 "이번 연구결과는 맨하이미아균을 이용해 숙신산을 효율적으로 생산할 수 있는 개량균 설계에 매우 유용하게 사용될 예정이며 실제 가시적인 결과가 나오고 있다"면서 "이번 논문은 게놈 정보로부터 가상세포를 구축하는 전체의 과정을 상세히 제시함으로써 향후 게놈정보에서 생물공정에 이르는 바이오제품 최적화에 활용될 수 있다"고 말했다.
그는 "과학기술부 게놈정보 활용 통합생물공정사업의 지원으로 수행 중인 이 연구는 숙신산 생산 등의 결과가 매우 우수해 국내외 기업들로부터 많은 관심을 얻고 있다"면서 "이번 연구 성과를 바탕으로 다양한 바이오 제품의 생산 능력을 높일 수 있는 기법을 개발해 특허 출원했다"고 설명했다.


(서울=연합뉴스) jnlee@yna.co.kr