눈 건강 도움 되는 ‘루테인’, 금잔화 아닌 미생물에서 얻는다

이상엽 카이스트 특훈교수 연구팀, 루테인 생산 대장균 균주 개발

[아이뉴스24 정종오 기자] 눈을 보호하고 건강에 좋은 루테인을 미생물에서 얻을 수 있는 길이 열렸다. 금잔화 등에서 추출되는 루테인 생산의 한계점을 극복하고 미생물로부터 고효율 생산이 가능할 것으로 기대된다.

한국과학기술원(KAIST, 총장 이광형)은 생명화학공학과 박선영 박사(현재 LG화학)와 은현민 박사과정생을 포함한 이상엽 특훈교수 연구팀이 ‘루테인을 생산하는 미생물 균주 개발’에 성공했다고 17일 발표했다.

루테인은 금잔화 등에서 추출한다. [사진=정종오 기자]

루테인(lutein)은 눈을 산화 손상과 자외선으로부터 보호한다. 계란의 난황과 과일 등에 함유된 영양물질이다. 루테인은 노안, 백내장 등의 예방, 치료 효과가 있어 눈 영양제로 많이 판매된다.

이외에도 화장품과 동물사료에도 사용되고 있다. 노령화와 전자기기 사용 시간 증가에 따라 루테인 수요와 시장 규모는 빠르게 증가하는 추세다.

현재 시장에 공급되고 있는 루테인은 주로 금잔화(marigold) 에서 추출해 생산한다. 금잔화 재배에는 대지와 시간, 노동이 많이 들어간다. 대량으로 공급하기에 비효율적이다. 그 대안으로 화학적 합성 방법도 제시돼왔는데 비대칭적 화학 구조와 다양한 이성질체의 존재로 이 또한 비효율적이다.

이러한 문제를 해결하기 위해 루테인을 친환경적이며 고효율로 생산하는 미생물 세포 공장을 개발하려는 노력이 이뤄지고 있다. 시스템 대사공학은 효과적 미생물 균주 개발을 위해 필요한 핵심 전략으로 KAIST 이상엽 특훈교수가 창시한 연구 분야다.

이상엽 연구팀은 미생물의 대사회로를 조작하는 기술인 대사공학을 이용해 대장균 내 루테인 생산 대사회로를 구축했다. 값싼 바이오매스의 주원료인 글리세롤을 탄소원으로 사용해 고부가가치의 루테인을 생산하는 대장균 균주를 개발했다.

연구팀은 개발한 대장균 균주에 추가로 시스템 대사공학 기술과 대사회로의 전자 채널링 전략을 도입함으로써 대장균으로부터 루테인을 고효율로 생산할 수 있는 기술 개발에 성공했다.

대사회로 상 여러 생화학적 반응에 관여하는 효소는 원하는 목표 화학물질로의 대사 흐름을 방해하기에 그동안 루테인을 특정량 이상으로 생산할 수 없었다.

루테인 생산 대사회로 조작 모식도. [사진=KAIST]

연구팀은 병목 단계의 효소들을 그룹화해 세포 내 효소 주변의 기질들과 전자들의 농도를 높일 수 있는 기질 채널링과 전자 채널링 효과를 만들었다. 그 결과 루테인 생산을 위한 대사 흐름이 강화되면서 대장균을 이용해 루테인을 고효율로 생산하는 데 성공했다.

박선영 박사는 “천연자원으로부터의 비효율적 추출법을 대체할 수 있는 미생물 기반의 고효율 루테인 생산 기술을 개발했다는 점에 의의가 있다”며 “이번 기술을 활용해 미생물 기반의 의약품, 영양 보조제 등의 제품을 만드는 데 한 단계 앞으로 나아갈 수 있을 것”이라고 말했다.

해당 연구 결과(논문명:Metabolic engineering of Escherichia coli with electron channeling for the production of natural products)는 국제 학술지 ‘네이쳐 카탈리시스(Nature Catalaysis)’ 8월 4일자에 실렸다.

/정종오 기자(ikokid@inews24.com)

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