이상엽 KAIST 특훈교수 연구팀…국제 학술지 '네이처 신시시스' 게재 
이 교수 창업기업 '실리코바이오', 기술사업화 추진

이번 연구를 주도한 은현민 KAIST 박사과정, 이상엽 KAIST 특훈교수, 신디 KAIST 박사 (왼쪽부터) /사진=KAIST

대표적인 눈 건강 기능성 성분 '루테인'을 미생물을 통해 대량 생산하는 기술을 KAIST(카이스트) 연구팀이 개발했다. KAIST 교원창업기업을 통해 본격적으로 사업화할 계획이다.

KAIST는 이상엽 생명화학공학과 특훈교수 연구팀이 대장균을 통해 루테인을 대량 생산하는 플랫폼을 개발했다고 13일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 신시시스'에 지난 4일 게재됐다.

루테인은 노안, 백내장 등을 예방하는 효과가 높다고 알려진 눈 건강 기능성 성분이다. 기존에도 미생물을 활용해 루테인을 만드는 연구는 있었지만, 루테인을 합성하는 대사 경로가 원활하지 않아 이 과정에서 각종 부산물이 생기고 루테인도 충분히 만들어지지 않는다는 한계가 있었다.

이 교수 연구팀은 2022년 대장균을 통해 루테인을 생산하는 기술을 세계 최초로 공개한 데 이어 이번에는 '코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum)'이라는 균주를 기반으로 루테인 합성 경로를 최적화해 대량 생산이 가능한 플랫폼을 만들었다.

연구팀은 먼저 사람이 주변 환경에서 쉽게 얻을 수 있는 물질인 '포도당'을 코리네박테리움 글루타미쿰 성장을 위한 주요 탄소원으로 활용했다. 탄소원은 균을 배양하는 데 필요한 탄소화합물을 말한다.

이어 루테인 생산 경로를 효율화하기 위해 '전자 채널링 전략'을 도입했다. 전자 채널링은 생체 혹은 인공 합성시스템에서 특정 효소의 반응을 촉진하기 위해 전자(electron)의 경로를 제어하는 기술이다. 연구팀이 루테인을 만드는 데 필요한 효소의 주변 재료와 전자의 농도를 높였더니 루테인 합성 대사가 원활해졌다.

그 결과 연구팀은 54시간 안에 1리터당 1.78g(그램)의 루테인을 생산하는 데 성공했다. 이는 매시간 루테인 32.88mg을 생산하는 것과 같다. 연구팀은 "기존 식물이나 미세조류에서 루테인을 추출하던 기존 방식보다 훨씬 빠르고 효율적인 생산 방법"이라며 "미생물을 활용한 루테인 산업화 가능성이 한층 더 커졌다" 설명했다.

이 특훈교수는 "미생물을 활용한 대사공학 기술이 차세대 전략으로 부상하고 있다"며 "고부가가치 천연물을 효율적으로 생산할 수 있는 연구를 계속하겠다"고 했다.

연구팀은 이 교수가 설립한 KAIST 교원창업기업 '실리코바이오'를 통해 미생물 기반 루테인 대량 생산 기술의 사업화를 추진할 예정이다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 '바이오화학산업 선도를 위한 차세대 바이오리파이너리 원천기술 개발 과제'의 지원을 받아 수행됐다.

박건희 기자 wissen@mt.co.kr

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