과학기술부의 바이오기술개발사업 일환인 게놈정보활용통합생물공정연구를 수행하는 한국과학기술연구원 생명화학공학과 이상엽(李相燁, 43세, 특훈교수) 교수팀은 미생물의 게놈정보에 근거해 컴퓨터 기반의 가상세포 실험을 가능케 하는 방법을 개발하고 이를 실제 적용하여 유용 물질인 숙신산(succinic acid, 일명 호박산)을 효율적으로 생산하는 맨하이미아 가상세포를 개발하는데 성공했다.
이 연구결과는 생명공학 분야 대표 학술지인 ‘바이오테크놀로지 & 바이오엔지니어링’ 최근호(‘07. 7월호)에 ‘특급논문’ 및 표지 논문으로 선정되었다. 특급논문은 연구 내용이 뛰어나 빠른 발표가 필요할 때 채택된다.
이상엽 교수팀은 게놈 정보를 전체적으로 분석하여 컴퓨터상에 미생물의 가상 세포 모델을 구성했다. 이 모델을 활용하여 다양한 생장 조건에서 미생물 대사회로의 성장특성과 대사산물(代謝産物)의 생산 특성 등을 컴퓨터 실험을 통해 밝혀내고, 실제 숙신산을 효율적으로 생산하는 맨하이미아와 매우 유사한 생리 현상을 보이는 가상세포를 만들어 내는데 성공했다. 이는 예전 李 교수팀이 개발한 초기 가상세포를 게놈의 총체적 재해석에 의해 대폭 개량한 것이다.
미생물 발효로부터 얻어진 숙신산은 고분자 원료 등 범용 화학제품, 청량음료, 조미료, 염료, 향료 등의 분야에 널리 사용된다. 이상엽 교수팀은 한우의 반추위에서 숙신산을 효율적으로 생산하는 맨하이미아 균을 분리, 전체적으로 게놈을 해석하고 기능을 분석한 논문을 지난 2005년 네이처 바이오테크놀로지(Nature Biotechnology)에 게재한 바 있다.
이번 연구결과는 맨하이미아 균주의 686개의 효소반응식과 519개의 대사물질로 구성된 대사 네트워크를 실제로 규명하고 배양실험을 통해 가상세포와 실제 세포의 행동이 일치함을 확인한 큰 성과다. 본 연구를 주도적으로 수행한 김태용(金兌勇, 30세, KAIST 생명화학공학과 박사과정) 학생은 “가상세포가 생명현상에 대한 기초 정보를 얻기 위한 연구뿐만 아니라 산업 균주로써의 특성을 규명하고 균주 개량을 위한 연구에도 그 활용범위가 확대될 수 있음을 보인 중요한 사례이다”라고 설명했다.
이상엽 교수는 “이번 연구결과는 맨하이미아균을 이용하여 숙신산을 효율적으로 생산할 수 있는 개량균 설계에 매우 유용하게 사용될 예정이고 실제 가시적인 결과가 나오고 있다”며 ”본 논문에서는 게놈 정보로부터 가상세포를 구축하는 전체의 과정을 상세히 제시하여 향후 게놈정보에서 생물공정에 이르는 바이오제품 최적화에 활용될 수 있다”고 말했다. 특히 “현재 과학기술부 게놈정보 활용 통합생물공정사업의 지원으로 수행 중인 본 연구는 숙신산 생산 등의 결과가 매우 우수하여 국내외 많은 기업체로부터 많은 관심을 보이고 있으며 연구 성과를 바탕으로 다양한 바이오 제품의 생산 능력을 높일 수 있는 기법을 개발해 특허 출원했다”고 설명했다.
<이상무 기자>
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