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KAIST 이상엽 연구팀, 연지벌레 없이 '붉은 색소' 생산기술 최초 개발
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KAIST 이상엽 연구팀, 연지벌레 없이 '붉은 색소' 생산기술 최초 개발
  • 대전/ 정은모기자
  • 승인 2021.04.11 13:53
  • 댓글 0
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미생물 이용 천연 붉은 색소 생산...딸기우유·립스틱 등에 활용
[KAIST 제공]
[KAIST 제공]

연지벌레 없이 딸기우유를 만들 수 있는 기술이 개발됐다.

KAIST 생명화학공학과 이상엽 연구팀은 11일 식용으로 널리 쓰이는 붉은색 천연색소인 카르민산을 생산하는 미생물 균주 개발에 성공했다고 밝혔다.

이 연구결과는 국제 학술지인 미국화학회지에 4월 2일 자 온라인 게재됐다.

카르민산은 붉은색 천연색소로 딸기우유, 사탕 등의 식품과 매니큐어, 립스틱 등 화장품 분야에서 널리 활용되고 있다. 카르민산은 연지벌레 추출을 통해 얻어지는데, 연지벌레는 한정된 지역에서만 재배할 수 있다. 연지벌레로부터 카르민산을 추출하기 위해서는 복잡하고 비효율적인 다단계 반응을 거쳐야 한다.

또한 카르민산은 대부분 연지벌레에서 기인한 단백질 오염물질을 포함하고 있는데 이는 알레르기 반응을 유발할 수도 있다. 많은 사람이 벌레 기반 물질을 섭취하는 것을 꺼리고 있다. 이러한 이유로 몇몇 프랜차이즈 업체는 카르민산 사용을 중단하고 대체 식용색소를 활용하고 있다.

이에 따라 연지벌레를 사용하지 않는 카르민산 생산 방법 개발의 필요성이 제기됐으나, 카르민산 생합성 경로의 일부가 아직 밝혀지지 않았으며 곰팡이를 제외한 다른 미생물에서 카르민산 생산이 보고된 바가 없었다.

연구팀은 포도당으로부터 카르민산을 생산할 수 있는 대장균 균주 개발 연구를 수행했다. 우선 타입 II 폴리케타이드 생합성 효소를 최적화해 카르민산의 전구체를 생산하는 대장균 균주를 구축했다. 하지만 남은 두 단계의 반응을 수행하기 위한 효소가 아직 발굴되지 않았거나 대장균 내에서 작동하지 않는 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해 연구진은 생화학 반응 분석을 통해 카르민산 생산을 위한 효소 후보군을 선정했다. 그 후 세포 배양 실험을 통해 성공적으로 작동하는 효소들을 선정했다.

이렇게 선정된 효소 두 종에 대해 컴퓨터 기반 상동 모형 및 도킹 시뮬레이션을 수행 후 활성이 증대된 돌연변이 효소를 예측했다. 그 후 이에 기반을 둔 효소 개량을 수행함으로써 증대된 활성을 지니는 효소를 개발하는 데 성공했다.

연구팀이 개발한 대사공학 및 가상 시뮬레이션 기반 효소 개량 전략은 생산경로가 규명되지 않은 다른 천연물의 생산에도 유용하게 쓰일 것으로 기대된다.

[전국매일신문] 대전/ 정은모기자
J-em@jeonmae.co.kr


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