초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구는 효율적인 방선균 이종숙주 발현시스템을 기반으로 ① 당포함 항생제·항암제들의 생합성경로 규명과 ② 생합성경로 재설계를 통한 항생제 내성균에 작용하는 반합성 항생제들의 합성출발물질인 유용 중간체 생산 및 ③ 신규 항생제·항암제 후보물질 도출을 위한 유도체 개발기술의 확립을 목표로 함.
연구결과
화학적 합성법으로 구조 변형이 어려운 당포함 항생제·항암제의 유용 중간체의 생산과 다양한 유도체 생성을 가능하게 하는, “생리활성물질의 생합성 과정을 지배하는 생합성 유전자들을 유전자조작이 용이

연구의 목적 및 내용
본 연구는 효율적인 방선균 이종숙주 발현시스템을 기반으로 ① 당포함 항생제·항암제들의 생합성경로 규명과 ② 생합성경로 재설계를 통한 항생제 내성균에 작용하는 반합성 항생제들의 합성출발물질인 유용 중간체 생산 및 ③ 신규 항생제·항암제 후보물질 도출을 위한 유도체 개발기술의 확립을 목표로 함.
연구결과
화학적 합성법으로 구조 변형이 어려운 당포함 항생제·항암제의 유용 중간체의 생산과 다양한 유도체 생성을 가능하게 하는, “생리활성물질의 생합성 과정을 지배하는 생합성 유전자들을 유전자조작이 용이한 이종숙주 내에서 조합·발현하여 분자구조를 재구성하는 기술”인 생합성경로 재설계 (pathway engineering) 기술을 이용하여 연구를 진행하였음. 구체적 결과는 다음과 같음.
· Gentamicin A₂의 생합성경로 규명: Gentamicin 중 가장 간단한 형태인 gentamicin A₂의 생합성경로 세계 최초 규명.
· Kanamycin의 생합성경로 규명: Kanamycin의 전체 생합성경로 세계 최초로 규명.
· Kanamycin B와 tobramycin의 선택적 생산 이종숙주 개발: 반합성 항생제 arbekacin의 원료물질인 kanamycin B와 tobramycin의 직접 생산이 가능한 재조합 이종숙주 개발 성공.
· 반합성 aminoglycoside 항생제 amikacin의 생산이 가능한 이종숙주 개발: Kanamycin A와 butirosin 생합성 유전자의 이종숙주 조합·발현을 통해 화학적 방법으로 생산되는 반합성 항생제 amikacin의 직접 생산이 가능한 이종숙주 개발 성공.
· 신규 aminoglycoside 유도체 합성: Kanamycin X와 butirosin 생합성 유전자의 이종숙주 조합·발현을 통해 amikacin 내성균에 활성이 우수한 신규 유도체의 생합성 성공.
· 당치환 polyketide 유도체의 생합성 및 활성평가: 효율적인 조합생합성 방법의 확립을 통해 항암제 doxorubicin과 항생제 narbomycin의 다양한 유도체의 생합성 성공. Erythromycin 내성균에 활성이 우수한 신규 유도체 발굴.
· 면역억제제 FK506의 생합성경로 규명 및 유도체 생합성: 면역억제제인 FK506의 생합성과정의 세계 최초 규명 및 신경재생효과가 우수한 유도체의 생합성 성공.
연구결과의 활용계획
· 본 연구는 야생생산균주의 유전자조작 및 생합성 효소의 발현·정제의 어려움으로 인해 생합성경로의 규명이 지연되어온 aminoglycoside 계열의 당포함 항생제 및 당포함 polyketide 계열의 항암제의 생합성경로를 규명하는 학문적 성과와 생합성경로 재설계를 통한 신규 항생제 후보물질을 발굴하는 실용적 성과를 기대할 수 있음.
· 이차대사산물 생합성 유전자 집단을 효율적으로 이용하여 신규 생리활성물질을 창조하고 탐색할 수 있는 기반기술 개발이 가능하며 신약 및 고가 제네릭 의약품의 상업화 가능성을 제시할 수 있음.
· 신규 항생제·항암제의 개발은 세계시장으로의 의약품수출을 가능하게 하며 또한 유전자 조작이 어려운 균주로부터 생산되는 유용물질의 고생산성 이종숙주의 개발기술은 고가 의약품 원재료의 대량생산을 가능하게 할 것임.

Abstract ▼

Purpose&contents
Based on effective heterologous expression system using Streptomyces, we aim to ① elucidate the biosynthetic pathways of glycosylated antibiotic and anticancers, ② biosynthesize useful biosynthetic intermediates as the starting materials for semi-synthetic antibiotics by using p

Purpose&contents
Based on effective heterologous expression system using Streptomyces, we aim to ① elucidate the biosynthetic pathways of glycosylated antibiotic and anticancers, ② biosynthesize useful biosynthetic intermediates as the starting materials for semi-synthetic antibiotics by using pathway engineering approach, and ③ to establish the fundamental technology for the development of natural product derivatives as novel antibiotics and anticancer candidates.
Result
By employing pathway engineering approach, a technique for the reconstruction of bio-molecule by combinatorial expression of the biosynthetic gene sets from a range of biosynthetic gene clusters into the genetically-amenable Streptomyces host, the following studies were successfully accomplished:
· Characterization of the complete kanamycin biosynthetic pathway for the first time
· Redesign of the pathway for the selective production of kanamycin B and tobramycin, as a starting material for semi-synthetic antibiotic arbekacin, through engineering of the kanamycin and tobramycin biosynthetic pathway
· Biosynthesis of the semi-synthetic antibiotic amikacin and novel aminoglycoside derivative which is effective against amikacin-resistant pathogens
· Characterization of the gentamicin biosynthetic pathway up to gentamcin A₂ for the first time and enhancement of gentamicin A₂ production
· Preparation of a range of novel polyketide derivatives by combinatorial biosynthesis of aglycone and sugar biosynthetic gene sets, including genes encoding glycosyltransferases which is flexible to deoxysugar substrates
· Characterization of biosynthetic pathway of the immunosuppressant FK506 for the first time and combinatorial biosynthesis of novel FK506 derivative which shows enhanced neuro-regenerative activity
Expected Contribution
Following contribution will be expected:
· Academic achievement on the elucidation of biosynthetic pathway for the target compounds, and the potential industrial impact on the discovery of novel drug candidates via pathway engineering
· Establishment of fundamental technology for generating novel antibiotics and anticancer derivatives by using biosynthetic gene clusters of secondary metabolites, and the possible commercial application for the production of high-value drugs
· Discovery of new drug candidates, and the mass production of high-value raw material for medicine by genetically friendly recombinant strains

목차 Contents

• 도약연구사업 최종보고서(평가용) ... 1
• 목 차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 12
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 14
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 82
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 84
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 85
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 87
• 8. 참고문헌 ... 87
• 9. 연구성과 ... 89
• 10. 기타사항 ... 98
• [별첨1] 대 표 연 구 성 과 ... 99