의학산업에서 널리 활용되는 모델 생명체인 '대장균'의 생명현상과 관련된 중요한 생체정보('오믹스') 가 국내 연구진에 의해 규명돼 바이오 의약·화학·에너지등 바이오산업을 위한 기술개발에 청신호가 켜졌다.
23일 교육과학기술부에 따르면 김지현 연세대 교수, 윤성호 한국생명공학연구원 박사, 이상엽 카이스트 교수가 주도한 이번 연구는 교과부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(도약연구), 21세기프론티어사업 및 글로벌프론티어사업 등의 지원으로 수행됐다.
연구팀은 대장균 2종(대장균 B와 K-12)의 생체정보를 확보하고 대장균 대사 네트워크 재구성 등 비교·분석에 성공했다.
대장균은 생명 현상을 이해하는 대표 모델로 바이오산업 측면에서도 중요한 미생물이다. 의약용 단백질 등 유용재조합 단백질 생산과 석유 화학 물질을 대체하는 친환경 바이오화학제품 개발에 이용된다. 바이오 에탄올 등 화석연료와 다른 저탄소 신재생 연료를 생산할 수 있어 작은 세포공장(Cell Factory)으로 불린다.
지금까지는 대장균을 비롯한 세포공장의 유전자 정보는 물론이고 생리와 기능에 대한 종합적 정보가 부족했다. 무작위로 하나씩 맞춰보는 방식으로 연구개발이 진행돼 속도가 더디고 비효율적이었다. 연구팀은 대장균 B 균주의 유전자 정보 전달·단백질 생산 등 생체 현상 정보를 확보하고 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 생체 네트워크를 재구성했다.
연구팀은 대장균 B균주가 K-12에 비해 아미노산 생합성 능력이 뛰어나고 단백질분해효소가 적다는 사실 등 다양한 특징을 찾아냈다. 이는 인슐린, 섬유소분해효소(cellulase)와 같은 외래 재조합 단백질을 생산하는데 매우 적합한 특성을 가지고 있다는 것을 의미한다.
아울러 대장균 B 균주는 단백질 분비 시스템을 2개나 보유하고 있고, 단백질 분비에 유리한 세포벽과 세포외막을 구성하고 있어 생산된 단백질을 세포 밖으로 배출하는데 유리하다는 것도 확인했다.
반면 K-12 균주는 고온에 노출되면 이에 대응하는 유전자를 더 많이 발현하고 몇 가지 스트레스 조건에 덜 민감했다.
이에 따라 연구팀은 대장균 B와 K-12의 유전자가 어떻게 상호작용 하는지를 분석하는 DNA칩을 제작해 국내외 연구자에게 무상으로 제공했다.
김지현 교수는 "이번 다중 오믹스 정보를 이용한 시스템 분석연구는 고효율 맞춤형 세포공장 개발에 청사진을 제공할 필수 정보와 핵심 기술을 확보했다는 점에서 의미가 크다"고 설명했다.
한편 이번 연구결과는 유전학 분야의 권위 있는 국제학술지인 지놈 바이올로지(Genome Biology) 온라인판에 지난달말 실려 과학적 우수성을 인정받았다.
