대장균 전사종결부위 발굴-특성 규명 및 이를 바탕으로 한 대사 밸브 개발(KAIST 제공)© 뉴스1

KAIST 생명과학과 조병관 교수 연구팀 등 국제 공동연구진이 대장균의 모든 전사종결부위를 해독하는 데 성공했다.

또, 이를 바탕으로 미생물의 대사 경로를 수도꼭지처럼 자유자재로 조절하는 합성생물학 기반 차세대 대사 조절 밸브 기술을 개발했다.이는 향후 고부가가치 바이오화합물 생산에 기여할 것으로 기대된다.

14일 KAIST에 따르면 전사종결부위는 DNA가 암호화하는 유전 정보가 RNA로 전사될 때, 원하는 유전자만이 정확히 전사되도록 조절하는 역할을 한다.

그 중요성에도 불구하고 기존에는 전사 종결에 관한 데이터의 부족으로, 구체적인 조절 기작에 대한 이해가 부족했다. 연구진은 전사종결부위가 다양한 세기를 가져 인접한 유전자들의 발현을 정교하게 조절한다는 사실을 발견하고, 이를 대사회로 조절에 이용했다.

공동연구진은 개발한 전사종결부위를 통해 서로 다른 대사 회로의 세기를 수도꼭지처럼 조절해 대사물질 생산을 최적화할 수 있는 ‘대사 밸브 기술’을 개발했다.

기존에는 전사의 시작이 되는 프로모터, 번역의 시작이 되는 리보솜 결합 부위를 통해 유전자 발현을 조절했다.

하지만, 이는 수많은 인자가 관여하고 있어 실험 간 편차가 크고 고가의 화학물질을 요구하는 등 한계를 지니고 있었다.

이번에 연구진이 개발한 대사 밸브는 실험 간 편차를 기존 시스템 대비 최대 75% 억제할 수 있는 것으로 나타났다.

대사 밸브를 이용한 생산 최적화를 통해 유용 대사물질인 비타민 B8의 생산을 최대 11배 늘리는 데 성공했다.

특히, 미생물의 생장 조건에 거의 영향을 받지 않는 것으로 나타나 산업 규모로 확장할 시 최적화 과정을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 목적 화합물에 따라 첨가하는 원료와 배양 조건이 변화해도 조절 기작이 유지되는 것으로 나타났다.

한편, 이번 연구성과는 국제적 학술지인 ‘핵산 연구’ 에 최근 게재됐다.


km5030@news1.kr