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  [GT] 박테리아 유전자 스위치 조작을 통한 고부가가치 화학물질 생산, 큰 진전을 이루다
바이오 연료 및 의약품에 사용되는 고부가가치 화학 물질은 박테리아를 통해...



  • [GT] 박테리아 유전자 스위치 조작을 통한 고부가가치 화학물질 생산, 큰 진전을 이루다 

    인류는 식품 방부제에서 의약품, 화장품, 바이오 연료에 이르기까지 거의 모든 것에 화학 물질을 사용하고 있다. 이에 인류는 전 산업적 규모에서 지속 가능하고 저렴하게 화학 물질을 제조하는 대안을 찾는 일이 필수가 되었다.

    특히 바이오 연료 및 의약품에 사용되는 고부가가치 화학 물질은 박테리아를 통해 제조될 수 있는데, 박테리아의 화학 반응을 전환하여, 즉 그들의 화학 반응에 스위치를 켬으로써 새로운 제품을 생산하는 방식이다. 그리고 현재 영국의 워릭대학교(the University of Warwick) 연구팀이 이러한 스위치를 켜는 비용을 대폭 절감할 수 있는 방법을 찾아냈다.

    박테리아는 소위 천연의 미세 화학 공장으로 볼 수 있고, 수많은 연구자들은 복잡한 화학 반응 네트워크를 재배열하여 포도당과 같은 값싼 공급 원료를 우리가 사용할 고부가가치 화학 제품으로 전환할 수 있는 방법을 찾으려 노력해오고 있다. 이런 면에서 워릭대학교 연구팀이 박테리아의 유전자 스위치를 활용하여 박테리아의 화학 반응을 재구축하는 것은 합성 생물학 분야에서 매우 흥미로운 발전이라 할 수 있다.

    일반적으로 유전자 스위치는 인듀서(inducer)라는 화학 물질을 통해 켜지게 된다. 인듀서는 유도물질로  효소합성촉진을 야기시키는 물질이다.

    그러나 인듀서는 우선 가격이 고가이다. 그리고 잠시 뒤에 스위치가 다시 꺼지는 것을 방지하기 위해 지속적으로 추가해야 하는 경우가 많다. 이로 인해 인듀서를 통한 스위칭 방식은 비용이 많이 들고 산업적 규모의 생산으로 확대하기에는 경제적으로 불가능하다.

    이에 워릭대학교 연구팀은 비행 제어 시스템에서 일반적으로 사용되는 ‘피드백 제어 루프(feedback control loops)’의 수학적 모델과 공학 원리를 사용하여, 원래대로 돌아가려는 성향을 제거한 ‘박테리아 내의 유전자 스위치를 설계하는 방법’을 발견했다. 저렴한 천연 영양소의 펄스만 추가하면 세포를 화학적 생산 모드로 영구적으로 전환할 수 있게 된 것이다. 이로 인해 비용은 대폭적으로 절감된다.

    박테리아를 화학적 생산 모드로 영구적으로 변환시키는 역량은 ‘미생물로부터의 화학 물질 생산’을 경제적으로 의미있는 규모까지 확대하는 것을 실현하는 데 있어 엄청난 진전이라 할 수 있다.

    물론 이러한 스위치 방식은 거의 모든 화학 물질의 합성을 위해 산업적으로 관련된 수많은 미생물에 널리 적용할 수 있어야 할 것이다. 따라서 연구의 다음 단계는 이 방식을 적용하기 위한 화학적 로드맵의 위치를 ​​이해하고 기존 공정에 쉽게 통합할 수 있도록 각 산업군과 협력을 모색하는 것이다.

    워릭대학교 연구팀은 최첨단 합성 생물학 기술을 활용하여, 우선은 실험실에서 시작되었지만, 비가역적 스위치를 구성하기 위한 프레임워크를 마련했다. 이 연구가 더 발달하면, 화학 산업에서 고부가가치 화학 물질을 만드는 방식에 큰 변화를 가져오고, 인간이 재생 불가능한 자원에 대한 의존에서 벗어나 친환경적이고 깨끗한 미래를 위해 지속 가능한 생화학 물질을 합성할 수 있게 될 것이다.

    - NATURE COMMUNICATIONS, June 8, 2021, “Designing an irreversible metabolic switch for scalable induction of microbial chemical production,” by Ahmad A. Mannan, Declan G. Bates. © 2021 Springer Nature Limited. All rights reserved.

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