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Escherichia coli를 이용한 치료용 천연물 생합성의 현황

전문가 제언: ○ 천연물은 일반적으로 복잡한 구조를 가지므로 화학합성이 어렵고 또한 입체구조도 천연의 것과 동일하여야 생물활성을 갖게 되므로 천연물의 이형생합성(heterologous biosynthesis)은 효소에 기초한 과정을 인공적으로 조립하여 미생물(주로 E. coli)에 도입하고 합성에 관여하는 효소를 발현시켜 약제로 사용되는 천연물을 쉽게 생합성하려는 것이 목표이다.

○ 이형경로는(heterologous pathway)을 어떻게 만드는가? 먼저 operon을 만든다. Operon은 유전자 발현에 필요한 P(promoter 촉진유전)와 천연물 합성에 필요한 효소들을 발현하는 구조유전자들로 구성된다. 이 operon을 DNA 운반체인 plasmid에 결합시키고, E. coli내로 주입하여 발현시킨다. E. coli는 이 operon을 효율적으로 발현할 수 있어야 한다. 기질은 E. coli 자체에서 공급하거나 외부에서 주입한다.

○ 예를 들면, violacein(항암성, 항생성 및 항기생충 색소)경로의 다섯 유전자들(vio ABCDE)을 Pseudoalteromonas leuteoviolacea의 유전체 DNA로부터 PCR 법으로 증폭하였고, 그리고 T7 promoter 아래에 각각을 순서대로 나열하였다. 이 최종 plasmid는 BL21star(DE3) E. coli 균주에서 violacein을 생성할 수 있었다. 이 경로를 최적화하기 위해 자리-지시 돌연변이를 사용하여 T7 promoter의 변형들을 만들어서 과잉 생성하는 promoter를 선별하였다. 그리고 배양배지와 발효 변수들을 더 개선하여 이전보다 30배의 생산성을 높였다.

○ E. coli를 이용한 유용한 물질에 관한 연구는 국내에서도 활발하다. KAIST에서 이 분야 연구가 활발한데, 유전자 녹아웃대신에 작은 조절 RNA(sRNA)를 이용한 E. coli의 대사공학을 발전시켰고, 글루코오스로부터 phenol의 생성을 위한 E. coli의 대사공학 및 인공생합성 경로를 통해서 메틸화된 resveratrol 유사체를 생합성하였다. 고려대학에서는 고혈압과 관련 있는 angiotensin 1 converting enzyme의 억제 펩티드를 합성 유전자를 이용하여 E. coli에서 생합성하였다. 이 분야는 새로운 분야이고 매우 전망이 밝은 만큼 역점을 두고 육성하여야 할 것이다.

저자: Mahmoud Kamal Ahmadi and Blaine A Pfeifer
자료유형: 니즈학술정보