| 초록 |
□ 연구의 목적 및 내용 섬유소 바이오매스는 오탄당인 xylose와 육탄당인 포도당을 다량 함유하고 있어 고부가가치 바이오소재를 생산하기 위한 경제적인 탄소원임. Platform 바이오화학소재인 3-히드록시프로피온산(3-hydroxypropionic acid: 3-HP)은 3개의 탄소를 보유하고 있는 유기산으로 다양한 친환경 플라스틱의 합성에 이용됨. 섬유소 바이오매스를 통합적으로 이용하여 3-HP 고농도 생산용 재조합 대장균을 개발하기 위해서 (1) 섬유소 바이오매스 유래의 xylose와 포도당을 동시에 활용할 수 있는 대사경로를 재설계하고, (2) Metabolomics기반 flux analysis와 promoter engineering을 통해서 3-HP의 생산능력이 강화된 재조합 대장균을 구축하며, (3) 글로벌최적화기술을 이용하여 바이오매스 당화액에서 3-HP의 고생산성 발효공정을 개발하고자 함. □ 연구결과 ▷ Saccharomyces cerevisiae 유래의 GPD1, GPP2 유전자를 도입하여 세포 내 glycerol 합성 경로를 구축하였고, glycerol의 산화경로에 관여하는 효소를 암호화하는 유전자인 glpK를 파쇄함으로써 60 g/L의 xylose로부터 16.8 g/L의 glycerol을 합성함. ▷ Pseudomonas aeruginosa 유래의 고활성 ALDH 유전자를 도입하여 E. coli 유래 ALDH 대비 3-HP의 최종 농도(57.4 g/L), 생산성(1.4 g/L·h), 수율(0.9 mole3-HP/moleglycerol)면에서 각각 30%, 10% , 27% 향상됨. ▷ 포도당과 xylose의 혼합당 조건에서 xylose 소모속도가 ptsG 유전자 파쇄를 통해 3.7배(0.14 g/L·h), 돌연변이 프로모터를 이용한 xylR 발현을 통해 5.3배(0.20 g/L·h) 향상됨. ▷ GC-MS를 통해 파악한 속도결정단계의 해소를 위해, GPD1과 gpsA의 벡터 상에서 발현 강도를 조절한 균주를 구축함. 최종적으로 glycerol 축적량(18.4 g/L)은 22% 감소, 최종 3-HP 농도(37.6 g/L)는 33% 증가, 3-HP 생산수율(0.17 g 3-HP /g sugar s)은 31% 증가됨. ▷ 진화공학적으로 설계된 acetic acid 내성형 균주를 통하여 2%와 4% acetic acid가 포함된 당화 모사액 조성하에서 최대 균체량은 19%와 29% 증가, xylose 소모속도는 53%와 100% 향상, acetic acid 소모속도는 61%와 79% 향상된 재조합 대장균을 구축함. □ 연구결과의 활용계획 ▷ 바이오매스를 이용한 바이오화학소재의 생산기술은 석유를 기반으로 한 화학 산업의 패러다임을 21세기 바이오사회의 목표에 부합되도록 전환시킬 수 있는 핵심기술임. ▷ 환경친화적 기술로 미생물 기반의 3-HP 경제적 대량 생산 기술은 큰 시장 잠재성을 갖는다고 할 수 있음. ▷ 유용 미생물의 시스템 수준의 분석을 통해 다양한 신규 유전자들 및 단백질들의 서열을 확보할 수 있으며 이를 이용하여 고부가가치의 산물을 생산할 수 있는 원천기술을 개발할 수 있음. ▷ 미생물 숙주세포를 재설계할 수 있는 기반기술의 개발을 통해서, 3-HP 이외에 succinic acid, 젖산, 2,3-butanediol, xylitol 등의 바이오화학소재와 기능성 생물소재, 정밀화학소재의 생산 공정 개발에 활용될 수 있음. ( 출처 : 요약문 5p ) |
