| 초록 |
□ 연구개요 ■ 본 연구는 (1) 개량에 용이한 최적 탄산무수화효소 (Carbonic anhydrase)를 발굴 및 선정하고, (2) 파이브로넥틴 (Fibronectin) 결합 비가역 펩타이드 모듈 도입을 통한 고리화 (Cyclization) 구조 형성으로 열안정성이 향상된 탄산무수화효소를 3종 이상 개량함. 마지막으로, (3) 개량된 탄산무수화효소는 인공 골격 단백질 (Artificial scaffoldin) 기반 효소복합체로 설계되어 이산화탄소 가스 용해도를 향상시키는 다기능성 탄산무수화효소 플랫폼을 3종 이상 개발함. 개량 및 개발된 탄산무수화효소 플랫폼은 C1 가스 활용 목적의 다양한 이산화탄소 전환 효소와 함께 적용하여 이산화탄소의 생물학적 전환 효율성 증대를 평가함. □ 연구 목표대비 연구결과 ■ 1차년도 : 펩타이드 모듈 고리화 구조 형성 탄산무수화효소 개량 (달성도 100%) 보고된 또는 확인되지 않은 미생물 유래의 다양한 탄산무수화효소 유전자가 도입된 형질전환 대장균을 구축하고, 이를 이용하여 재조합 효소를 생산하며 발현량, 효소활성, 열안정성 등을 기준으로 개량에 용이한 최적의 탄산무수화효소를 선정함. ■ 2차년도 : 효소복합체 설계 및 탄산무수화효소 플랫폼 개발 (달성도 100%) 미생물 부착 능력과 관련된 파이브로넥틴 결합 단백질은 분자 내 특이한 비가역 공유결합을 하는 펩타이드 모듈이 있으며, 이를 단백질의 N 말단 및 C 말단에 도입하면 양쪽 말단이 공유결합으로 연결된 고리화 구조를 형성 가능함. 고리화 구조가 형성된 효소는 비교적 높은 온도에서도 단백질의 구조를 안정적으로 유지할 수 있으므로, 이를 이용하여 열안정성이 향상된 탄산무수화효소 개량함. ■ 3차년도 : 열안정성 향상 탄산무수화효소 플랫폼 최적화 및 응용 (달성도 100%) 기존 효소복합체는 비공유결합 기반의 골격 단백질을 사용하여 높은 온도에서 단위 효소들과의 결합이 불안정한 단점이 있음. 이에 파이브로넥틴 결합 단백질 중 2단계에서 활용한 것과는 상이한 결합력을 가지는 펩타이드 모듈로 공유결합 기반의 인공 골격 단백질을 설계하여 단점을 극복함. 또한, 기체 결합 단백질과 함께 효소복합체를 형성하면 기체 전환율을 증가시킬 수 있으므로, 효소복합체를 구축하여 이산화탄소 가스 용해도를 향상시키는 탄산무수화효소 플랫폼을 개발하여 응용함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ■ 기존 연구와의 차별성 및 활용 계획(창의성/ 도전성) - 대부분의 기존 효소 개량 기술은 개별 효소의 열안정성과 관련된 아미노산을 특정하여 변형시키는 번거로움이 있으나, 본 연구는 모두 일정하게 양쪽 말단에 펩타이드 모듈을 연결하는 Rational Design 방법으로 효율적임. - 가스 활용 목적의 효소 활성 증대 연구는 보고된 바 있으나, 효소를 이용한 가스 용해도 증대 연구는 미비한 실정임. 본 연구의 성공적인 수행으로 앞으로 수행할 중장기 연구 계획인 가스 활용 효소개발로 확장할 수 있는 핵심 기반 기술을 확보함. ■ 연구의 중요성 및 기대효과 - 화석 연료로 인한 이산화탄소의 급증은 지구 온난화와 해양 산성화와 같은 심각한 환경 문제를 초래하며, 세계 7위의 온실가스 배출국인 한국은 2015년 파리협정에서 2030년까지 배출전망치 대비 37%의 온실가스를 감축하려는 것을 목표로 하는 등의 노력을 기울이고 있음. - 본 연구에서는 높은 안정성, 효소 재활용성, 가스 전환 연계성을 지닌 효소 개량에 성공하여, 화학 촉매와 비교해도 실질적인 공정에 적용하는 것이 가능해짐. (출처 : 연구결과 요약문 2p) |
