△미국, Department of Bioengineering, University of California
△영국, Department of Biological Chemistry, John Innes Centre
△벨기에, Department of Plant Systems Biology, Ghent University
△국립원예특작과학원, KAIST, 강원대 등
■ 연구내용
식물에는 아주 다양한 이차대사물질을 합성할 수 있으며 이들 물질은 치료제, 건강보조식품, 감미료, 염색제 등 다양한 용도로 사용되고 있다.
이들 물질은 식물에서 소량으로 존재하기 때문에 상업화하기 위해서는 대량생산에 한계가 있으며, 식물자원 고갈 등의 문제를 야기한다.
유전자 기능 구명 연구를 기반으로 대사공학(metabolic engineering)이란 기법을 통해 식물보다 생산능력이 월등한 효모나 대장균을 이용하여 이들 물질을 대량 생산할 수 있는 기술이 개발 중에 있다.
개똥쑥에 존재하는 말라라아 치료제인 아르테미신의 전구체인 아르테미시닉 액시드를 효모에서 100 mg/L(식물에서 생산하는 것보다 20배 많은 양)을 생산할 수 있는 기술이 Nature(2006)에 게재되었다.
식물에 스트릭토시딘 등 알카로이드 계열 화합물은 항암작용의 약리활성을 보이는 것으로 알려져 있어 이들 화합물의 대량생산을 위한 유전공학 연구가 지난 20년간 진행 끝에 최근 스트릭토시딘 생산 가능한 효모가 개발되었다.
인삼의 사포닌 중 다양한 약리활성을 보이는 Rg3 진세노사이드는 홍삼 특이 사포닌으로 알려져 있다.
최근 P450, 당전이효소(glucosyltr-ansferase) 등을 이용하여 인삼의 진세노사이드 생합성 경로를 효모에서 재현하는데 성공하여 효모에서 이들 물질을 대량 생산 가능하다.
■ 국내 기술수준과 전망
국내에서는 국립원예특작과학원, KAIST, 강원대 등에서 유전공학기술을 이용하여 미생물을 이용한 유용물질 대량생산 연구가 진행되고 있다.
농진청에서 추진 중인 차세대바이오그린21사업의 ‘시스템합성농생명공학사업단’에서는 농생물 기반의 시스템생물학 해석 및 응용기술개발, 농생물 대사제어에 의한 고부가가치 물질생산 원천기술 개발, 신규화학물질의 합성 및 생산을 위한 합성농생물소재 탐색 및 응용기술 개발 등에 관한 연구를 수행 중에 있다.
■ 참고문헌 및 사이트
● Ro DK. 2006 Production of the antimalarial drug precursor artemisinic acid in engineered yeast. Nature. 440(7086):940-3.
● Jung SC. 2014. Two ginseng UDP-glycosyltransferases synthesize ginsenoside Rg3 and Rd. Plant Cell Physiol. 55(12):2177-88.
● Brown S. 2015. De novo production of the plant-derived alkaloid strictosidine in yeast. Proc Natl Acad Sci U S A. 112(11):3205-10.
■ 자료제공 : 국립원예특작과학원 약용작물과 농업연구사 김옥태
