초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 항생제, 항암제, 면역억제제 등 2차 대사산물 생산의 주요 원천인 방선균의 시스템 및 합성생물학 원천기술을 개발하고, 이를 실제 고부가 2차 대사산물 생산에 적용하고자 함. 기 원천기술 개발의 결과로서, 유전체 조작이 매우 제한적인 방선균의 유전체 편집/엔지니어링 속도를 기존 대비 600% 이상으로 증대시키는 것을 목표로 함. 궁극적으로는 본 과제를 통해 다양한 방선균 기반 고부가 2차 대사산물 대량생산에 효율적으로 적용될 수 있는 방선균 시스템 및 합성생물학 원천기술들을 개발하고자 함.

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 항생제, 항암제, 면역억제제 등 2차 대사산물 생산의 주요 원천인 방선균의 시스템 및 합성생물학 원천기술을 개발하고, 이를 실제 고부가 2차 대사산물 생산에 적용하고자 함. 기 원천기술 개발의 결과로서, 유전체 조작이 매우 제한적인 방선균의 유전체 편집/엔지니어링 속도를 기존 대비 600% 이상으로 증대시키는 것을 목표로 함. 궁극적으로는 본 과제를 통해 다양한 방선균 기반 고부가 2차 대사산물 대량생산에 효율적으로 적용될 수 있는 방선균 시스템 및 합성생물학 원천기술들을 개발하고자 함.

□ 연구개발성과
본 연구과제를 통해 개발될 시스템 및 합성생물학 원천기술 및 이의 응용은 주요 FK506 생산균주인 Streptomyces tsukubaensis와 주요 2차 대사산물 생산용 이종숙주인 Streptomyces venezuelae를 대상으로 진행함.
주요 시스템 및 합성생물학 원천기술과 이의 응용분야 항목
1. 방선균 유전체 편집/유전자 발현 조절 기술 개발
⦁ 유전자 수준 (2 bp ~ 2.3 kb), 2차 대사산물 생산 유전자 클러스터 수준 (5 ~ 30 kb) 방선균 유전체 편집 성공.
⦁ mCherry 및 GusA 리포터 시스템 적용을 통해 최적화된 CRISPRi 시스템을 이용하여 방선균 3종 내 2차 대사산물 생산 유전자 클러스터 4개의 유전자 발현 억제 성공 (최대 98%).
⦁ CRISPRa 시스템을 이용하여 방선균 mCherry 리포터 유전자 발현 촉진 성공 (최대 220 %).
⦁ 방선균 유전체 수준 CRISPRi 라이브러리 구축을 통한 고생산 방선균의 필수 유전자 스크리닝 세팅 완료.
2. 유전회로 기반 2차 대사산물 고속 대용량 스크리닝 시스템 개발
⦁ 고생산 방선균 유전자의 발현을 정밀 조절하기 위한 약 19억 개 조합의 PRUT (Promoter, RBS, UTR, Terminator) 라이브러리 디자인 완료
⦁ 자가 표지 단백질 (Halo-tag)을 이용한 방선균 형광 리포터 시스템 개발 및 적용을 통한 형광 활성화 세포 분류기(FACS) 기반 PRUT 라이브러리 sorting 기술 개발
3. 빅데이터 및 AI 기반 고품질 방선균 대사 / 조절회로 모델 구축 및 재설계 유전자 타겟 예측
⦁ S. tsukubaensis 및 S. venezulae의 대사모델을 구축하여, 각각 FK506 및 pikromycin 고생산에 필요한 유전자 조작 타겟 예측
⦁ 배지 조건에 따른 유전자의 발현량을 예측해주는 딥러닝 기반 컴퓨터 모델 개발

□ 연구개발성과의 활용계획(기대효과)
⦁ FK506의 대량생산 균주개발은 이미 FK506을 시판하고 있는 국내외 제약회사들에게 기술이전 등의 직접적인 투자 대상이 될 수 있음.
⦁ FK506의 유도체 개발은 안전성이 입증된 기존 천연물 의약품으로부터 구조 개량을 통하여 신약을 창출하는 신약개발 개념이기에, 연구 기간이나 비용 측면에서 매우 경제적이며, 타 신약 개발로 더욱 확대 응용할 수 있음.
⦁ 본 과제에서 개발될 원천기술들은 국내 제약산업 뿐만 아니라 2차 대사산물 학문분야 전체에 걸쳐 상당한 기술 파급력이 있을 것으로 기대.

(출처 : 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• 목차 ... 5
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 성과 ... 7
• 2-1. 연구수행내용 및 성과 ... 7
• 2-2. 대표적 성과 ... 25
• 3. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 26
• 3-1. 목표 ... 26
• 3-2. 목표 달성여부 ... 26
• 3-3. 목표 미달성 시 원인(사유) 및 차후대책(후속연구의 필요성 등) ... 27
• 4. 연구개발성과의 활용 계획 등 ... 28
• 붙임. 참고문헌 ... 29
• 끝페이지 ... 29