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대장균의 대사공학적 변형에 의한 비타민 B12의 생합성

Metabolic engineering of Escherichia coli for de novo biosynthesis of vitamin B12

비타민 B12는 금속 코발트(Co)를 함유하고 있는 복잡한 유기 화합물이다. 약품, 사료 및 식품 화장품 등 넓은 응용 범위를 갖고 있다. 비타민 B12 합성 경로는 길고 복잡하기 때문에 현재 미생물 발효법으로만 비타민 B12를 생산하고 있다. 생산 균주는 Pseudomonas denitrificans나 Propionibacterium freudenreichii가 사용되고 있으나 이러한 균주들은 유전공학적으로 변형하기가 어렵다. 또한 발효 시간이 길고 생산성을 개선하기도 매우 어렵다. 대장균은 성장이 빠르고 유전적으로 조작도 간편하기 때문에 비타민 B12를 생산하기에 우수한 균주라고 할 수 있을 것이다.

최근 중국과학원 소속 천진공업생물기술연구원(CAS-TIB)의 장대위(张大伟，Zhang Dawei) 연구팀은 대장균 내부에서 비타민 B12의 합성에 필요한 유전자를 모두 도입하여 합성하였다. 관련 연구는 “대장균의 대사공학적 변형에 의한 비타민 B12의 생합성”이라는 제목으로 국제적으로 권위 있는 간행물인 Nature Communications에 발표되었다.

비타민 B12의 생합성 경로는 비교적 길고, 그 가운데 일부는 아직 알려지지 않았다. 그리고 중간 대사 산물도 비교적 검출하기가 어려워 연구진들은 비타민 B12 합성 유전자를 5개의 모듈로 나누어 각각 in vitro와 in vivo 분자 생물학 및 생화학적 기술을 이용하여 아직 알려지지 않은 합성 유전자들의 기능을 검증하였다. 코발트 운송 단백질이 비타민 B12의 호기 생합성 경로에서 코발트 킬레이트 반응에 중요한 작용을 한다는 것을 증명하였고, 비타민 B12 호기 합성 경로 가운데서 Adenosine cobalt morphoamide phosphate의 합성 메커니즘을 해석하였다. 또한 호기 및 혐기 합성 경로 모두 threonine을 이용하여 (R)-amino-2-propanol-phosphate(APP)를 합성한다는 것도 증명하였다. APP는 다시 Adenosine cobalt porphyrin과 반응하여 Adenosylcobinamide phosphate를 합성한다. 연구팀은 Rhodobacter capsulatus 및 Brucella melitensis 등 다섯 가지 균주의 30개가량의 외래 유전자를 대장균에서 발현하였고 최종적으로 비타민 B12를 포도당으로부터 생산하는데 성공하였다. 대사 조절과 발효 최적화를 통해서 비타민 B12의 고효율합성을 실현하였다. 새로운 균주의 발효 기간은 기존의 발효 균주에 비해서 1/10로 줄었고 비타민 B12 합성에 있어서 새로운 공업적 균주가 될 것으로 전망된다.

관련연구자: Zhang Dawei

관련기관: CAS-TIB 중국과학원 천진 공업생물공학 연구소

본문키워드(한글): 생합성, 대사공학, 발효

본문키워드(영문): biosynthesis, metabolic engineering, fermentation

국가: 중국

원문출판일: 2018-11-26

출처: https://mp.weixin.qq.com/s/2s128H13FhyCgQ4T4e5r4w