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세포조작을 위한 새로운 대사공학 도구

전문가 제언: ○ 세포공학은 생체를 이용해 유용물질을 생산하기 위한 생물공학의 한 영역으로 염색체나 유전자를 조작․이전해 유용 유전자의 형질을 발현해 세포를 개조하는 기술이다. Post genome 시대로 접어들면서 세포공학의 일환인 대사공학(ME)이 등장하여 매년 AIChE Meeting의 ME 분과에서 수많은 논문이 발표되고 있다. 이제 ME는 미생물 등을 이용하는 white biotech의 중심 기술이 되었다.

○ 미생물에 비해 식물의 이차 대물질에 대한 ME 연구는 아직 미진한 편이다. R. Verpoor 등(2000)은 식물의 ME 연구는 약리적 유용물질의 생산성 향상, 식량/화훼의 가치 극대화, 외부 병원균 침투에 대한 저항력 개발이 목표라 하였다. 최근에는 metabolomics, 대사물질의 분리기술 발전, 강력한 비루스형 프로모터와 plasmid vector의 개발 등으로 관련유전자를 동시에 과발현 하거나 knockout 시킬 수 있게 되었다.

○ ME의 주요 기법은 Metabolic Flux Analysis(MFA)와 In Silico Metabolic Network(ISMN)이다. 전자는 대사물질의 과량생산을 목적으로, 생화학반응 및 미생물이 흡수, 분비하는 대사물질을 정량 비교해 대사회로를 예측하는 기술이다. 이미 외래효소를 도입하거나 병목단계의 해소로 대장균에서 생분해성 PHA의 합성과 숙신산의 과량생산 및 탈황균주가 개발되었다. ISMN은 대사망을 모델링해 대사회로와 생체반응을 해석하는 기법이다. 대사산물과 회로, 유전정보, 단백질-단백 상호작용 등의 자료를 전산으로 해석해 모델링한다. 대사망이 모델링되면 인위적으로 특정 유전자를 제거하거나 새 유전자를 도입해 그 영향을 in silico 상태로 예측한다. 목표 회로와 유전자 선택이 전산 상에서 가능하므로 시간, 비용을 획기적으로 절감하게 된다. 지금은 MetaFluxNetTM가 개발되어 가상세포(假想細胞)를 구축할 수 있게 되었다.

○ 국내에서는 고려대(김준, 김익환), KAIST(이상엽), KRIBB(전효곤, 이충환), 아주대(윤상영), 인하대(허병기) 등이 좋은 ME보문을 발표하고 있다. 두뇌집약적인 ME 기법의 활용으로 세계수준에 도달한 국내 발효공업과 FTA 시대를 맞은 위기의 농업계에 새로운 활로가 개척되기를 기대하는 마음 간절하다.

저자: Tyo, KE; Alper, HS; Stephanopoulos, GN; AF Tyo, Keith E.; Alper, Hal S.; Stephanopoulos, Gregory N.
자료유형: 학술정보