미생물에서 립스틱과 딸기우유 붉은색소 생산한다

2021.04.09 13:10
2일 국제학술지 '미국화학회지' 온라인 공개
미생물을 이용해 생산된 카르민산. 양동수 KAIST 박사후연구원 제공
미생물을 이용해 생산된 카르민산. 양동수 KAIST 박사후연구원 제공

립스틱의 붉은색은 ‘카르민산’이라는 천연색소를 사용해 만들어낸다. 립스틱 뿐 아니라 딸기우유와 사탕, 매니큐어에도 카르민산이 쓰인다. 카르민산은 페루와 카나리아 제도에서만 서식하는 연지벌레부터 추출하는데, 그 과정이 매우 복잡하다. 또 연지벌레가 사람에게 알레르기 반응을 일으키는 경우도 있어, 그 대체재 개발이 필요한 상황이다. 국내 연구팀이 미생물을 활용해 카르민산을 생산하는데 성공했다.


KAIST는 이상엽 생명화학공학과 특훈교수 연구팀이 카르민산을 생산하는 미생물 균주를 개발했다고 9일 밝혔다.


개발된 미생물 균주가 카르민산을 생산하는 과정은 이렇다. 먼저 미생물 속 효소들이 유기 분자의 구조적 기초를 이루는 탄소 원자의 사슬을 뜻하는 ‘탄소 골격’을 형성한다. 탄소골격이 형성되면 그 속에서 효소들이 여러 반응을 일어나며 카르민산이 생산된다. 양동수 박사후연구원은 “문제는 이런 여러 반응을 일으키며 카르민산을 생산하는 효소들이 발굴되지 않았다는 것”이라고 말했다.


연구팀은 이를 밝히기 위해 우선 ‘타입 II 폴리케타이드 생합성 효소’라는 과정을 거쳐 카르민산의 전 단계 물질을 생산할 수 있는 미생물 내 탄소골격을 만들었다. 그런 다음 생화학 반응 분석을 진행해, 카르민산을 생산할 수 있는 효소 후보군을 선별했다. 선별된 효소들은 세포 배양 실험을 통해 성공적으로 카르민산을 생산하는 지 한번 더 실험했다. 그런 다음 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 카르민산 생산을 늘릴 수 있는 효소 돌연변이가 무엇인지 분석해, 이를 기반으로 효소를 개량했다. 


그 결과 높은 카르민산 생산량을 보이는 미생물 균주를 개발하는 데 성공했다. 이 미생물 균주는폐목재, 잡초 등 지구에 풍부한 바이오매스의 주원료인 포도당을 탄소원으로 사용한다. 연구팀은 카르민산을 생산해내는 효소를 찾아내는 방법을 동일하게 적용해 알로에로부터 생산 가능했던 미백제인 알로에신 생산도 성공했다. 


연구팀은 “미생물을 통해 카르민산을 개발할 수 있는 가능성을 봤다”며 “카르민산 전 단계 물질을 생산하는 미생물의 경우 이미 상용화가 가능할 정도이며 수년 안에 카르민산을 생산하는 미생물을 수년 안에 볼 수 있을 것”이라고 밝혔다. 


이상엽 특훈교수는 “천연물 생산의 고질적인 문제인 효소 발굴과 개량에 대한 효과적인 해결책을 제시한 것”이라며 “의학적 또는 영양학적으로 중요한 다양한 천연물을 고효율로 생산할 수 있다”고 밝혔다.


이번 연구결과는 국제학술지 ‘미국화학회지’에 지난 2일 온라인으로 발표됐다. 

 

이상협 특훈교수와 양동수 박사후연구원. KAIST 제공
이상엽 특훈교수와 양동수 박사후연구원. KAIST 제공


 

메일로 더 많은 기사를 받아보세요!

댓글 0

작성하기

    의견쓰기 폼
    0/150