초록 ▼

□ 연구개요
지구온난화 및 기후변화에 대응하기 위해 기존의 화석연료를 대체하는 새로운 탄소원을 통한 고부가가치 화합물의 생산이 요구되고 있다. 이에 본 연구팀은 풍부한 천연자원인 헤미셀룰로 오스로부터 고부가가치 화합물 생산을 위한 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum) 기반 통합 공정 (Consolidated BioProcess)시스템을 개발하고자 한다. 이를 위해 합성생물학적 방법 기반으로 헤미셀룰로오스 분해, 성장 및 바이오화합물 생산을 위한 코리네박테리움의 체계적 개량연구를 진행할 계획

□ 연구개요
지구온난화 및 기후변화에 대응하기 위해 기존의 화석연료를 대체하는 새로운 탄소원을 통한 고부가가치 화합물의 생산이 요구되고 있다. 이에 본 연구팀은 풍부한 천연자원인 헤미셀룰로 오스로부터 고부가가치 화합물 생산을 위한 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum) 기반 통합 공정 (Consolidated BioProcess)시스템을 개발하고자 한다. 이를 위해 합성생물학적 방법 기반으로 헤미셀룰로오스 분해, 성장 및 바이오화합물 생산을 위한 코리네박테리움의 체계적 개량연구를 진행할 계획이며, 이를 통하여 i) 헤미셀룰로오스의 효소적 분해 공정, ii) 분해 산물인 xylose를 이용한 세포성장, iii) 생합성 대사회로를 통한 고부가가치 화합물의 생산의 모든 공정이 하나의 반응기 안에서 이루어지는 것으로 거대 장치비가 필요 없고 공정이 단순화 되면서 경제적 효율성이 매우 높은 공정을 완성하고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
1)다양한 코리네박테리움의 유전자 발현 시스템 개발
• 코리네박테리움 유전자안에 존재하는 다양한 유전자 불안요소 중에서 가장 문제가 되는 삽입요소(IS element)를 초고속으로 발굴하고 불안전 요소가 제거된 IS-free 균주제작
• 목적 산물의 합성대사회로 최적화 시스템 개발
• 별도의 Inducer가 필요없는 세포 농도에 Induction되는 Auto-inducible 시스템 개발
• 신규한 고 복제수 플라스미드의 개발
2)코리네박테리움의 단백질 위치 표적 발현 시스템 개발
• 헤미셀룰로오스 분해 효소의 효율적인 분비를 위한 신규 분비발현 시스템 개발
• 헤미셀룰로오스 분해 효소의 효과적인 재사용을 위한 세포 표면발현 시스템 개발
3)헤미셀룰로오스 이용 대사회로 및 분해 시스템 최적화 발현
• 헤미셀룰오스로부터 얻어지는 자일로스 대사 시스템 최적화
• 자일로스 수송시스템 발현 최적화
• 헤미셀룰로오스 분해 시스템 최적화
4)헤미셀룰로오스 이용 통합형공정 시스템의 완성
• 헤미셀룰로오스 이용하여 바이오케미컬인 라이신, 카다바린 생산
• 헤미셀룰로오스로부터 얻어지는 자일로스를 자일론산으로 전환 생산

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구를 통해 헤미셀룰로오스로부터 고부가가치 바이오화합물의 생성이 하나의 반응기 안에서 가능하게하는 통합 공정 시스템이 완성되었으며 이는 세계 최초의 코리네박테리움 기반 통합 공정 시스템의 개발을 진행하였다. 현재 효모에만 적용되었던 통합공정시스템을 박테리아 기반으로 확장시켰으며 이는 앞으로 다양한 박테리아에도 적용할 수 있는 가능성을 보여주었다. 또한 헤미셀룰로오스 뿐만 아니라 다양한 바이오매스인 전분, 미세조류도 이용할 수 있기 때문에 본 연구는 큰 학문적 의미를 갖는다.
산업용 균주로 사용되는 코리네박테리움이 저가의 탄소원으로 이용하여 고부가가 가치산물을 생산할 수 있는 가능성을 보여주었기 때문에 많은 기업체에서도 기술 이전 할 수 있는 가능성을 보여주었다. 또한 새롭게 발굴한 Signal peptide의 경우 단백질 분비 생산에 매우 효과적인 것으로 확인되어 각종 유용한 단백질 (특히 항체와 같은 고부가 의약 단백질)등의 생산에 적용할 수 있기 때문에 국내외 코리네박테리움을 이용하는 다양한 회사에 기술이전을 할 수 있을 것이라고 기대한다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• Ⅰ) 코리네박테리움 글루타미쿰 유전자 발현 시스템 개량 ... 4
• Ⅱ) 헤미셀룰로오스 분해 효소를 위한 다양한 단백질 위치 표적발현 시스템 개발 ... 8
• Ⅲ) 통합형공정을 위한 헤미셀룰로오스 분해 및 대사회로의 완성 ... 10
• Ⅳ) 헤미셀룰로오스를 이용한 세포성장 및 이를 이용한 고부가가치 화학물 생산시스템 개발 ... 12
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 15
• 4. 참고문헌 ... 16
• 5. 연구성과 ... 18
• 대표적 연구실적 ... 26
• 끝페이지 ... 34