한빛사 인터뷰
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
이번 논문에서는 붉은색 천연 색소인 카르민산을 생산하는 미생물 균주를 개발하는데 성공하였습니다. 카르민산은 붉은색 천연색소로 딸기우유, 매니큐어 등 실생활과 밀접한 다양한 제품에 활용되는 물질인데요, 선인장 기생 곤충인 연지벌레에서 추출되는 물질로 유명합니다. 한정된 지역에서만 기를 수 있고 복잡하고 비효율적인 다단계 추출 과정을 거쳐야 하는 단점 외에도, 벌레로부터 추출된다는 데에서 기인한 사람들의 거부감과 채식주의자들이 섭취할 수 없다는 점 등 여러 한계점을 나타내고 있습니다. 뿐만 아니라 카르민산에 포함된 연지벌레 단백질로 인해 드물게 알레르기 반응 또한 보고된 바 있는데요, 이러한 단점 때문에 몇몇 프랜차이즈 업계는 카르민산 사용을 중단하고 대체 식용색소를 활용하고 있습니다. 하지만 카르민산은 여전히 수요가 높고 가장 안정한 붉은 천연 색소 중 하나이므로, 저희 연구실에서는 위와 같은 문제점을 해결할 수 있는 미생물을 통한 생산 방법을 개발하게 되었습니다.
카르민산은 폴리케타이드라는 천연물 군에 속해 있습니다. 폴리케타이드는 다양한 약물, 영양보조제, 식품첨가제 등으로 활용되고 있는데요, 이렇게 다양한 쓰임새에도 불구하고 폴리케타이드를 자연적으로 생산하는 방선균은 조작이 어렵고 대사 및 조절 회로가 상당히 복잡하여 개량이 어렵습니다. 이에 따라 조작이 용이한 외래 미생물에서 폴리케타이드를 생산하고자 하는 연구 또한 진행되고 있습니다. 하지만 복잡한 메커니즘의 폴리케타이드 생합성 효소를 조작하는 것도 굉장히 어려운 연구이므로 아직 외래 미생물에서 다양한 폴리케타이드를 생산하는 연구 또한 초기 단계에 머물고 있습니다. 저희 연구실에서는 이러한 문제를 해결하고자 다양한 폴리케타이드를 대장균 등 외래 미생물에서 생산할 수 있는 시스템을 개발하는 연구를 진행 중입니다. 최근에는 천연 폴리케타이드 뿐만 아니라 다양한 비천연 폴리케타이드를 생산함으로써 신물질 개발에도 한 발짝 다가서고자 하는 시도가 이루어지고 있습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
이번 연구는 KAIST 생명화학공학과의 이상엽 교수님께서 이끌고 계시는 대사및분자생물공학 연구실(Metabolic & Biomolecular Engineering Laboratory, MBEL)에서 이루어졌습니다. 본 연구실에서 이루고자 하는 주된 목표는 생물 공학적 기술 개발을 통하여 인류의 보편적 삶의 질 향상에 있습니다. 보다 자세히 말씀드리자면 기존의 석유 화학 기반 공정을 친환경 바이오 공정으로 전환하여 기후 위기를 해결하고자 함과 동시에, 고령화 사회에서 헬스케어 및 삶의 질 개선을 이루고자 하고 있습니다. 위의 목표를 이루기 위하여 본 연구실에서는 미생물 세포 공장을 이용하여 재생 가능한 탄소원으로부터 여러 유용 물질(바이오연료, 생분해성 고분자, 천연물 등)의 과량 생산 연구, 합성 생물학 (Synthetic biology) 연구, 나노 바이오 기술 연구, 가상 세포의 개발 및 응용 연구 등 다방면의 분야의 연구를 진행하고 있습니다.
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
비록 작은 발걸음이겠지만 세계 최초로 카르민산 생합성 경로를 규명하고 이를 실제로 미생물에서 생산하였다는 점에서 자부심을 느낍니다. 제가 전문성이 있는 분야의 최전선에 서서 최신 기술을 개발함으로써 학문의 지평을 넓히고, 인류에 유익한 기술을 개발해 나가는데 보람을 느끼고 있습니다. 연구 과정에서 많은 실패와 좌절로 힘이 들기도 하지만, 최초로 이룩한 성과에서 오는 기쁨과 보람을 원동력으로 삼아 즐겁게 연구를 계속할 수 있었습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
시스템 대사 공학 및 합성 생물학 분야는 미생물의 대사 회로 및 생물학적 도구의 개량을 통하여 원하는 목표를 이룰 수 있다는 점에서 학문적으로 매우 매력적이며, 실제 인류가 직면한 환경, 보건, 식량 문제 등을 효과적으로 해결할 수 있으며 경제에도 기여할 수 있다는 점에서 큰 보람을 느낄 수 있는 학문 분야입니다. 이에 따라 다양한 상상력을 발휘하여 이를 실제 연구 결과로 이끌어내는 것이 대단히 중요합니다. 따라서 다양한 분야의 학문 및 매체의 공부를 통하여 견문을 넓히는 것과 항상 번뜩이는 연구 아이디어를 떠올리는 것이 중요합니다. 하지만 더욱 중요한 것은 연구를 진행함에 있어 필연적으로 나타날 수밖에 없는 수많은 실패와 좌절에도 무너지지 않는 굳은 마음가짐입니다. 특히 실험을 처음 시작하시는 분들은 자신만의 마음 수련 법과 스트레스 해소법을 발전시켜 나가기를 권장 드립니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
카르민산 등 제가 개발한 여러 물질을 더욱 고효율로 생산하여 실제 상용화가 가능하도록 연구를 지속적으로 진행하고자 합니다. 그리고 다양한 질병을 치료할 수 있는 약물을 생산할 수 있는 기술을 개발하고자 하며, 이에 필요한 다양한 공학적 도구 또한 개발하고자 합니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들....
항상 아낌없이 지도해주시는 이상엽 교수님과 연구에 직·간접적으로 많은 도움을 주신 MBEL 연구실 식구들에게 깊은 감사의 말씀을 드리고 싶습니다.
코로나19 이전 대사및분자생물공학 연구실(MBEL) 구성원 사진
#대사공학
#대장균
#카르민산
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