초록 ▼

□ 연구개요
터페노이드는 자연계에 미량 존재하는 기능성 2차 대사산물로 복잡하고 긴 생합성 경로를 갖고 있어서 대사재설계를 통한 대량생산 재조합 균주의 개발이 매우 어려운 것으로 알려져 있음. 본 연구에서는 세스퀴터펜 산탈렌 대량생산 세포공장을 구축하는 대사제설계 과정을 통해서 그동안 난제로 여겨지고 있는 터페노이드 대량생산 대사재설계 연구 분야에 돌파구를 제시하는 것을 목표로 연구를 수행했음.

□ 연구 목표대비 연구결과
○ MEP 경로 재설계/최적화(MEP 경로 재설계를 통한 구성단위물질 생합성 향상):ME

□ 연구개요
터페노이드는 자연계에 미량 존재하는 기능성 2차 대사산물로 복잡하고 긴 생합성 경로를 갖고 있어서 대사재설계를 통한 대량생산 재조합 균주의 개발이 매우 어려운 것으로 알려져 있음. 본 연구에서는 세스퀴터펜 산탈렌 대량생산 세포공장을 구축하는 대사제설계 과정을 통해서 그동안 난제로 여겨지고 있는 터페노이드 대량생산 대사재설계 연구 분야에 돌파구를 제시하는 것을 목표로 연구를 수행했음.

□ 연구 목표대비 연구결과
○ MEP 경로 재설계/최적화(MEP 경로 재설계를 통한 구성단위물질 생합성 향상):MEP 경로의 율속제한 인자들(DXS, IspG, IspH)을 파악하고 제거해서 구성단위물질 생합성을 향상
○ 산탈렌 생합성 경로 구축(전구체(FPP) 생합성 경로 재설계 및 산탈렌 생합성 경로 구축): ispA 발현강화로 FPP 생합성을 증가시키고, 고순도 알파-산탈렌 생산 유전자 발굴로 생합성경로 구축
○ 산탈렌 생산용 대장균 선발(산탈렌 생산에 적합한 대장균 선발 및 균주 최적화):다양한 야생형 대장균 균주와 인위적으로 특정 유전자를 결손시킨 균주들을 비교해서 산탈렌 생산 최적균주를 선발
○ MVA 경로 재설계/최적화(MVA 경로 재설계를 통한 구성단위물질 생합성 향상):다양한 MVA 경로 유전자들을 확보하고 재조합해서 구성단위물질 생합성을 향상
○ 산탈렌 생합성 경로 최적화(전구체(FPP) 및 산탈렌 생합성 경로 최적화): FPP synthase와 Santalene synthase의 TIR 비율 최적화로 산탈렌 생합성경로를 최적화
○ 탄소대사 고효율 균주개발(부산물 차단 및 탄소원 이용효율 향상 생산균주 개발):유기산 및 알코올 등의 발횹산물 생성은 차단되고 MVA경로 기질인 acetyl-CoA 생산성은 향상된 AceCo 균주 개발
○ 산탈렌 생합성 고효율 균주개발(합성생물학 및 시스템생물학 기반 산탈렌 생합성 대사효율 향상): 산탈렌과 인돌 생성이 서로 경쟁관계임을 파악하고 인돌생성이 차단된 tnaA 균주를 개발
○ MEP경로/MVA경로 병합(MEP 경로와 MVA 경로의 병합을 통한 구성단위물질 생합성 극대화): MVA 하부경로가 지놈에 도입된 대장균 및 MEP/MVA경로 유전자들로 구성된 플라스미드의 구축으로 MEP경로/MVA경로 병합함
○ 플랫폼 균주 개발 및 안정화(오믹스 분석기반 산탈렌 생산 플랫폼 균주 개발 및 안정화): 적응진화를 통해서 산탈렌을 포함한 터페노이드 생산성이 향상된 돌연변이 HP 균주 개발 및 변이특성 파악함
○ 산탈렌 고생산 세포공장 개발: 합성생물학 및 시스템생물학 기반 산탈렌 고생산 세포공장(3 g/L 이상 생산)

□ 연구개발결과의 중요성
산탈렌(santalene)은 백단향 오일에 존재하는 향기 성분으로 아로마 효과뿐만 아니라 항암, 항균, 항염증 등의 다양한 생리활성 기능을 갖고 있는 것으로 알려져 있음. 백단향 오일은 최소 30년 이상 자란 백단향 나무의 심재에서 소량 추출되기 때문에 자연계에서 산탈렌을 경제적으로 대량생산 하는 것은 불가능함. 본 연구에서는 산탈렌을 대량생산 할 수 있는 미생물 세포공장을 만들기 위해서 대사재설계가 용이한 대장균을 이용해서 산탈렌 생합성 경로를 구축 및 최적화하고 이를 효율적으로 뒷받침 할 수 있는 핵심 대사경로들을 재설계 및 최적화에 성공함. 이를 위해서 합성생물학 및 시스템생물학 기술을 대사재설계에 접목함으로써 단시간에 목표하는 산탈렌 대량 생산 세포공장을 구축할 수 있었음.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• (1) 터페노이드 생산기술 개발의 필요성 및 중요성 ... 5
• (2) 산탈렌 생산기술 개발의 필요성 및 중요성 ... 5
• (3) 산탈렌 생산연구 가설 및 최종 목표 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 7
• (1) 산탈렌 생합성 경로 구축 및 최적화 ... 7
• (2) 구성 단위 물질 생합성 향상 ... 9
• (3) 산탈렌 생합성 균주 최적화 ... 11
• (4) 합성생물학 및 시스템생물학 기반 산탈렌 고생산 세포 공장 개발 ... 12
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 14
• (1) 연구결과의 의미 ... 14
• (2) 연구결과의 활용성 ... 15
• 4. 참고문헌 ... 15
• 5. 연구성과 ... 16
• 대표적 연구실적 ... 19
• 끝페이지 ... 34