서울대 연구팀, '탄소중립' 위한 미생물 기반 고품질 단백질 생산 시스템 개발

↑ 서상우 서울대 화학생물공학부 교수(왼쪽). [사진 제공 = 서울대]

국내 연구진이 탄소중립으로 갈 수 있는 단백질 생산 시스템을 개발했다.
5일 서울대학교 공과대학은 서상우 화학생물공학부 교수 연구팀이 탄소중립을 위한 바이오리파이너리 효율성을 크게 향상시킬 수 있는 미생물 기반 고품질 단백질 생산 유전자 발현 시스템 설계 원천 기술을 개발했다고 밝혔다. 바이오리파이너리란 식물자원인 바이오매스를 원료로 화학제품과 바이오연료 등을 생산하는 기술이다.
재조합 단백질은 인슐린 등 바이오 의약품부터 세탁세제와 같은 산업단백질에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 활용된다. 단백질은 온전한 길이와 구조를 갖춰야만 기능을 수행할 수 있기 때문에, 미생물에서 합성된 재조합 단백질은 여러 단계의 정제과정을 거친 후에 사용된다. 지금까지 생산공정의 수율을 높이는 방법으로 목적 단백질의 발현량을 높이거나 세포 내 부족한 아미노산을 보충하기 위한 균주 개량기술이 개발되었다.
그러나 미생물의 유전자 발현 시스템에서는 불완전한 단백질이 합성될 확률이 높다. 이에 따라 연구팀은 기존 발현시스템을 기반으로 비손상 mRNA만을 주형으로 사용하게 만드는 고품질 단백질 생산 시스템(ProQC)을 만들었다. 연구팀의 시스템을 다양한 단백질에 적용해 본 결과 미생물이 온전한 길이의 단백질을 150%~250%가량 더 많이 합성하는 것으로 드러났다. 또 자연적 발현 시스템에서 불완전 단백질이 많이 합성될수록 개선 효과가 더욱 뚜렷하게 나타났다.
이번 연구를 주도한 서 교수는 "본 연구에서 개발한 유전자 발현 시스템은 미생물 스스로 고품질의 단백질만 선택적으로 합성하게 만든다"며 "기존의 재조합 단백질 생산 전략에 한 단계 더 추가할 수 있는 새로운 기술"이라고 말했다. 그는 "미생물 세포공장 기반의 바이오 의약품, 산업용 효소 등을 포함하는 재조합 단백질과 탄소중립을 위한 바이오 화합물 생산공정의 경제성과 효율성을 획기적으로 향상시킬 것"이라고 덧붙였다.
한편 이번 연구 성과는 5일 세계 최고 권위의 과학 전문지인 '네이처 화학 생물학(Nature Chemical Biology)' 온라인판에 게재됐다.
[이종화 기자]