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청화대학 연구팀 생분해성 고분자 PHB 생산성 증대 방안 연구의 성공
G-Q Chen-lead Tsinghua Univ researcher group develops a method for increased production of PHB

해외과학기술동향

2017-10-17


미생물에 의해 생산되는 PHB(poly-β-hydroxybutyrate)는 환경에서 분해될 수 있는 고분자 물질로서 생분해성과 함께 생체 적합성을 갖고 있어, 의약, 공업, 및 농업에서 광범위한 응용 가능성을 갖고 있다. 그러나 현재 미생물에 의한 제조 방법은 제조 비용이 높다는 단점이 있다. 북경의 청화대학의 Chen교수 연구팀은 관련된 연구를 오랜 시간 진행하여 이러한 문제를 해결할 수 있는 진전을 이루었다. 해당 연구실은 2015년도에 대장균의 세포체적을 늘릴 수 있다는 연구 논문을 발표한 적이 있다. 세포 내부에 축적된 고분자 (주로 PHB)의 양을 증가시키는 논문이었다. 그러나 이러한 효과와 함께 세포의 성장을 저해하는 문제를 관찰하였다. 이번 연구에서는 연구팀은 Halomonas라고 불리는 호염성 세균에서 mreB유전자를 발현하고 세포 분열에 관여하는 ftsZ유전자를 온도에 의해 제어하는 방법에 의해서 정상적인 세포 성장과 함께 세포의 체적(길이와 폭)을 늘리는데 성공하였다. 이를 통해서 PHB생산이 80% 증가하였다. 액틴 (actin)과 유사한 단백질을 코딩하는 mreB유전자를 불활성화함으로써 구형의 세포를 얻을 수 있었고 좀 더 긴 형태의 세포는 ftsZ유전자를 제거함으로써 달성할 수 있었다. 즉 세포의 형태를 mreB유전자와 ftsZ유전자를 통해 조절할 수 있음을 밝혀 낸 것이다.

세포 형태를 관장하는 mreB유전자와 세포 분열을 조절하는 ftsZ유전자를 동시에 불활성화함으로써 통해서 세포의 체적을 증대시키면서 동시에 세포 내부의 물질의 함량을 늘릴 수 있게 된 것이다. 세포의 크기가 증대되면서 세포 내부의 물질의 비율도 증가시킬 수 있다. 형태와 관련된 유전자들은 필수적이지만 이들을 불활성화하거나 증대시키게 되면 세포의 성장에 영향을 크게 미치게 된다.

그렇기 때문에 연구팀은 세포의 성장이 어느 단계에 이르면 (최고 세포 농도), 세포의 형태에 영향을 미치는 유전자에 변화를 주는 것을 제안하고서, 이를 통해 PHB의 합성을 증대시킬 수 있을 것이라고 가정하였다.

Halomonas속의 세균은 호염성 세균인데 염분 농도가 높은 바다에서 잘 자란다. 매우 높은 삼투압과 pH가 10이나 되는 조건에서도 성장할 수 있기에 이러한 조건에서는 다른 미생물들은 자랄 수 없다. 따라서 일반적으로 미생물의 배양을 통해 제품을 생산하는 공정에서의 단점들을 극복할 수 있고, 연속공정이 가능하며 멸균 공정도 필요하지 않다. 이러한 장점들 때문에 Chen교수 연구팀은 이전에 제안한 이러한 전략을 Halomonas에 적용하였다. 온도 민감성 플라스미드를 도입하여 30도에서 재조합 플라스미드를 통해서 어느 정도의 온도에까지 자란 후에 37도로 온도를 증가시켜서 mreB/ftsZ유전자가 소실되게 되어 세포의 형태에 변형을 가져오게 한다. 막대기 형태의 세포가 둥글고 길어지면서, PHB 축적능력이 증대되어 80%의 수율 증가가 이루어지는 것이다. 이 기술은 또한 세포가 침전되게 되어 응집의 공정이 필요하지 않아서 추가 생산 비용의 절감이 이루어진다. 이러한 기술을 통해서 산동지방의 Yanzhou(兖州)에서 기술이전이 이루어지고 있다. 2년간 멸균 과정 없이도 공정이 지속되고 있다. 관련연구는 대사공학 잡지 (Metabolic Engineering)에 발표되었다.

  • 관련연구자

    Chen, GuoQiang

  • 관련기관

    청화대학교

  • 과학기술분류

    화학, 생명과학, 화공

  • 본문키워드(한글)

    생분해성, 생체적합성, 세포 형태, 호염성균

  • 본문키워드(영문)

    Biodegradable, biocompatiable, cell morphology, halophile

  • 원문언어

    중국어

  • 국가

    중국

  • 원문출판일

    2017-10-01

  • 출처

    https://doi.org/10.1016/j.ymben.2017.09.004