초록 ▼

○ 연구개요
본 연구에서는 CRISPR/Cas 기술을 활용하여 미생물의 전자전달계를 정교하게 조절하고 부가가치를 지닌 바이오 화합물을 효율적으로 생산하는 균주를 개발함. 미생물의 전자전달계를 구성하는 4가지 요소 (NADH dehydrogenase, membrane quinone, cytochrome oxidase, ATP synthase)에 대해서 발현량 및 효소활성 조절을 통해 전자전달계의 효율을 조절하고자 했으며, 2,3-butanediol이나 isobutanol과 같은 부가가치를 지닌 물질의 생산성을 높인 균주를 개발할

○ 연구개요
본 연구에서는 CRISPR/Cas 기술을 활용하여 미생물의 전자전달계를 정교하게 조절하고 부가가치를 지닌 바이오 화합물을 효율적으로 생산하는 균주를 개발함. 미생물의 전자전달계를 구성하는 4가지 요소 (NADH dehydrogenase, membrane quinone, cytochrome oxidase, ATP synthase)에 대해서 발현량 및 효소활성 조절을 통해 전자전달계의 효율을 조절하고자 했으며, 2,3-butanediol이나 isobutanol과 같은 부가가치를 지닌 물질의 생산성을 높인 균주를 개발할 수 있었음. 또한 전자전달계 조절로 발생할 수 있는 에너지 불균형 문제를 다양한 외부 에너지원 (유기물, 빛 에너지)을 도입하여 해결하고자 했으며, 외부 에너지원의 도입은 미생물의 성장을 향상시키고, 목적산물의 생산성 증대를 가져옴.

○ 연구 목표대비 연구결과
본 연구의 목표는 미생물 균주의 생장과 목적산물 생산에 조효소로 사용될 수 있는 NADH를 각각의 대사회로로 효율적으로 분배하여 환원된 형태의 바이오화합물을 효율적으로 생산하는 균주를 개발하는 것임. CRISPR/Cas 기술을 차세대 게놈에디팅 도구로 그 유용성이 입증되었으며, 대장균을 포함한 다양한 미생물 균주에 도입되어 대사회로 엔지니어링에 사용되고 있음. 본 연구에서는 CRISPR/Cas 기술을 활용하여 미생물의 전자전달계 구성요소의 발현량이 정교하게 조절된 돌연변이 균주를 구축할 수 있었음. 이로 인해서 세포 내의 NADH의 축적이 유도되었고, 환원된 바이오화합물 생산에 도움을 주었으며, 호기조건에서도 2,3-butanediol, isobutanol 등 다양한 부가가치를 지닌 화합물을 효율적으로 생산할 수 있었음. 또한 세포내의 높은 환원력으로 인해 발생할 수 있는 대사회로의 regulation을 완화하기 위해서 CRISPR/Cas를 활용해 효소 엔지니어링을 수행 할 수 있었음. 추가적으로 전자전달계 활성 조절로 인해 발생한 세포내 에너지 불균형의 문제를 해결하기 위해서 값싼 유기물 (formate) 혹은 빛 에너지를 활용한 에너지 합성 대사회로 (Proteorhodopsin)를 도입해 주었으며, 이는 미생물의 생장뿐만 아니라 목적산물의 생산성을 높이는 결과를 보였음. 이러한 일련의 연구개발 과정으로 통해서 본 연구의 목표를 성공적으로 달성 할 수 있었음.

○ 연구개발결과의 중요성
기존의 바이오 프로세스는 미생물의 호기 및 혐기 대사회로의 조절을 위해서 발효기 내의 용존 산소량의 조절이 중요함. 하지만 본 연구에서 개발된 균주를 활용하면 산소 농도에 무관하게 일정한 퍼포먼스를 가질 수 있으며, 대량 발효공정 시 발생하는 비 균일한 물질전달에 관련된 문제를 완화시킬 수 있을 것으로 사료됨. 또한 발효기 내의 산소조건에 무관하게 미생물 내의 NADH와 ATP 수준을 독립적으로 통제할 수 있게 되어 목적 대사회로를 효율적으로 구동하기 위한 맞춤 균주를 제작할 수 있을 것으로 판단됨. 본 연구를 활용해 바이오에너지 및 바이오화학 산업의 발전을 위해 필요한 바이오 화합물 생산 플랫폼 균주를 개발 할 수 있다는 점에서 그 응용 가능성이 높을 것으로 사료됨.


(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구개발과제의 필요성 ... 4
• 2) 가설 및 최종목표 ... 4
• 3) 연구범위 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 1) 1차년도 목표 ... 5
• 2) 2차년도 목표 ... 7
• 3) 3차년도 목표 ... 10
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 13
• 4. 참고문헌 ... 14
• 5. 연구성과 ... 15
• 대표적 연구실적 ... 22
• 끝페이지 ... 37