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생합성에 관련있는 유전자, Biotin의 생화학적 역할과 생물산업 생산품에 대한 전망(Biotin in microbes, the genes involved in its biosynthesis, its biochemical role and perspectives for biotechnological production)

전문가 제언: □ Biotin은 Pimelic aAcid로부터 Pimeloyl-CoA→7-keto-8- aminopelagonate →7,8-diaminopelagonate→d-dethiobiotin→d-biotin으로 생합성 되며, 이 대사에 관여하는 유전자는 E. coli에서는 bioC와 bioH 유전자에 의해서, 그리고 M. loti는 다른 bioZ 유전자에 의해서 pimeloyl-CoA로 되지만 B. sphaericus와 B. subtilis는 bioI와 bioW 유전자에 의해서 Pimelic Acid가 형성되고 Pimeloyl- CoA로 생합성 된다. Pimeloyl CoA는 bioF(KAPA Synthase), bioA(DAPA Aminotransferase), bioD(Dethiobiotin Synthase), bioB(Biotin Synthase)의 4유전자와 그 산물인 효소에 의해서 d-Biotin으로 합성된다.

□ Biotin(Vitamin H)은 무색의 수용성 비타민으로 포도당 합성, 지방산 합성 및 산화, 단백질 대사에서 보효소로서 중요한 역할을 한다. Biotin은 미생물이나 식물은 자신이 스스로 생합성 하지만 동물이나 사람은 합성하지 못한다. 사람의 경우 필요량(1일 150~300㎍)의 절반은 장내세균에 의해서 합성된 것을 이용하고 나머지 절반은 식품으로부터 보충 받게 된다. Biotin이 다량 함유된 식품은 간, 신장, 난황, 유제품, 견과류, 어류, 과실 및 채소류 등이다. Biotin이 결핍되면 혈액 내 젖산 함량이 높아지고 탄수화물 대사가 원활하게 이루어지지 않고 식욕감퇴, 피부염 및 탈모 증상이 나타난다. 돼지의 경우에는 증체량과 사료 효율이 떨어지고 피부건조, 소농포 형성, 탈모, 피부 각질화 현상이 나타난다.

□ 따라서 Biotin은 여러 가지 식품, 사료(가축, 양어, 애완 동물 등), 의약용 비타민제, 화장품원료(피부 또는 모발관리)등에 주로 사용되고 있으며 Biotin 요구성 미생물을 사용하는 Lysine 발효의 배지성분이나 Avidin과의 특수 결합능을 이용한 진단시약에도 사용된다. 이러한 Biotin의 세계시장은 년 간 약 30톤이나 되며 대부분 화학합성법으로 생산된다. 화학합성법은 공정상 중대한 환경오염을 초래하기 때문에 환경오염을 해결할 수 있는 생물공학 기술에 의한 Biotin 생산 공정 개발이 필요하다.

□ 미생물에 의한 Biotin의 생산량은 E. coli K-12 변이주가 970㎎/ℓ, Serratia marcesens와 Bacillus subtilis 변이주가 각각 약 1g/ℓ정도로 생산한다고 보고 된 바 있으나 화학합성법으로 생산되고 있는 Biotin과 경쟁하기 위해서는 보다 경제적인 배지에서 적어도 현재 생산량의 2배(2g/ℓ)이상 증산을 목표로 균주의 개발 및 발효 생산조건의 최적화 연구가 필요하다. 국내에서는 Biotin 발효에 관한 연구는 전무하다. 그러나 우리나라는 이미 Glutamic Acid와 Lysine 등 아마노산 발효와 항생물질 발효기술이 이미 세계적 수준에 도달하였을 뿐 아니라 균주개량 기술도 확보하고 있기 때문에 이러한 발효기술과 최근의 유전자재조합기술, 물질대사 공학기술을 접목, 균주 개량을 적극적으로 추진한다면 국제경쟁력이 있는 균주를 확보할 수 있고 Biotin의 경제적 대량 생산도 가능할 것이다.

저자: Streit, W. R.; Entcheva, P.
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