| 초록 |
□ 연구개요 - 과일 부산물은 리그닌 함량이 낮아 전처리가 용이하고 오렌지, 귤 등의 세계 citrus fruit 생산량은 2010년 기준 연 8천만톤으로 꾸준히 증가하는 추세지만 가공공정에서 해당 중량의 절반 가까이가 citrus waste로 버려지고 있어 citrus waste가 차세대 바이오매스로 떠오르고 있음. - 특히 과일 부산물은 펙틴이 존재하며 그 구성성분은 2개의 주성분(Galacturonic acid, L-arabinose)과, 3개의 부성분(galactose, L-rhamnose, xylose)으로 이루어져 있음. 본 연구에서는 가장 많이 활용되는 산업 미생물의 하나인 효모 S. cerevisiae를 이용하여 다양한 미생물 대사공학 전략을 통해 펙틴 유래 5개 구성성분의 단독 및 혼합 발효가 가능한 균주로 개발하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 - 펙틴의 주성분인 펙틴산(galacturonic acid)은 미생물의 발효를 억제하는 유기산이기 때문에 이를 효과적으로 발효할 수 있는 미생물 균주의 개량이 어려웠음. 본 과제에서는 이전 연구로부터 개발된 펙틴산 대사 균주의 펙틴 발효 기능을 향상시키고자 적응진화(adaptive evolution)을 수행하였으며, 다양한 환경적 조건에서 기능을 확인하였음. - 또한 비통상적 탄소원 중 하나인 L-rhamnose는 현재까지 개량을 통해 대사하는 균주가 보고된 바가 없으나, 본 과제를 통해 L-rhamnose를 대사하는 미생물 균주를 개량하였고, 오믹스 분석 등을 통해 대사경로를 최적화시킴으로써 L-rhamnose의 발효 능력을 향상시켰음. 또한, 펙틴 유래의 혼합당 조건에서 발효 능력이 향상됨을 알 수 있었음. 이 외에, 펙틴산 및 L-rhamnose등의 대사 능력을 향상시키기 위하여 다양한 내인성 NADPH 조절 유전자를 스크리닝 및 특정 유전자를 확보하였음. - 최종적으로 5종의 비통상적 탄소원을 동시에 대사할 수 있는 단일 균주를 개발함으로써 5종의 탄소원을 동시에 대사하는 능력을 확인하였고, 나아가 실제 폐자원인 감귤박(citrus peel waste)을 이용하여 bioethanol 및 L-lactic acid를 생산함으로써 산업화의 가능성을 제시하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ❒ 발효를 통해 생산된 식품·바이오소재로 기존의 화학적 합성품 대체 - 화학적으로 생산되는 식품소재들에 대해 소비자들이 부정적인 인식을 가지고 있으므로 발효를 통해 생산된 동일 소재들로 대체함. - 농업부산물 등의 과일계 폐기물을 활용하는 공정은 기존의 원유기반 화학공정과는 달리 탄소순환형 지속가능한 공정으로 탄소저감화에 기여할 수 있음. - 뿐만아니라 해조류 등의 해야 폐기물 또한 적용이 가능하므로 활용 범위가 넓어져 다양한 분야에 적용 가능함. 나. 신규 탄소원 소재 발굴을 통한 환경적 문제 해결 및 고부가가치 물질의 생산 - 목질계 바이오매스는 현재 산업화 단계 이전까지 발전했지만, 화학적 처리 등의 전처리 과정에 의한 발효 효율의 감소를 극복하기가 힘든 반면, 과일계 폐기물은 열수 처리에의해 대부분 분해가 되어 이를 활용하고자 함. - 과일계 폐기물을 구성하는 탄소원은 발효에 이용되지 않는 탄소원이므로 본 연구를 통해 신규 탄소원으로써 고부가가치 물질을 얻어낼 수 있는 대체원으로 활용될 수 있으며, 세포 내 redox의 개선 전략은 고부가가치 물질의 생산 수율을 향상시키는 방안으로 제시 될 수 있음. (출처 : 연구결과 요약문 2p) |
