<사진. Aindrila Mukhopadhyay와 Heather Jansen이 JBEI에서 바이오가솔린을 생산하도록 대장균을 유전자 조작했다.
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

더 많은 양의 재생가능한 가솔린을 만드는 세균

생명공학자들의 국제적인 팀이 바람직한 가솔린 성질들을 가진 화합물인 이소펜테놀(isopentenol)을 생산하는 세균의 능력을 촉진시켰다. 미국 미생물학회(American Society for Microbiology)의 온라인 개방형 학술지인 mBio?에 실린 그 발견은 재생가능한 바이오-가솔린을 산업적인 양으로 생산할 수 있는 세균 종을 개발하는데 중요한 단계이다.

실험실 세균 대장균(Escherichia coli)에서 이소펜테놀과 같은 짧은-사슬 알코올 용매들을 생산하기 위한 대사 공학 단계들은 많은 연구 집단들이 광범위하게 연구해왔다고, 그 연구의 선임 저자이며, 캘리포니아 에메리빌(Emeryville)에 있는 조인트바이오에너지연구소(Joint BioEnergy Institute)에 있는 숙주 공학의 책임자인 Aindrila Mukhopadhyay가 설명했다. “생물연료(biofuels)는 우리의 기반시설에서 즉각적으로 이용할 수 있는 많은 대체 에너지 해법들 중에서 한 가지 도구”라고 그녀는 말했다. 지속가능하게 생산되는 연료 화합물들은 오늘날 사용되는 가솔린 혼합물들에 바로 추가해서 화석 연료에 대한 의존성을 상쇄하고 또한 자동차들로부터 순수 탄소 배출을 낮출 수 있다.

“그러나 용매와 같은 화합물들은 미생물 성장을 억제하고 그것이 일찌기 직면할 것이라고 우리가 깨달은 점이었다”고 로렌스버클리국립연구소(Lawrence Berkeley National Laboratory)에도 소속된 Mukhopadhyay가 말했다. “우리는 시스템 생물학 접근법을 가지고 그 측면을 살피기를 원했다?우리가 세균이 만드는 용매를 견디어내도록 세균을 조작할 수 있을 것인가?”라고 그녀는 언급했다.

내성을 향상시키는 것은 산업적으로 적절한 수준으로 생산을 움직이는데 중요하다. 산업적인 생산은 더 긴 시간 동안 안정적으로 생산하고 용매와 같은 생물연료의 축적을 견딜 수 있는 확고한 종을 필요로 한다. 이 도전과제를 다루기 위해서, 싱가포르에 있는 난양공대(Nanyang Technological University), 싱가포르국립대(National University of Singapore), 그리고 캘리포니아대 버클리캠퍼스(University of California, Berkeley)에 있는 연구자들도 포함했던, 그 팀은 매질에 이소펜테놀을 추가함으로써, 아무것도 생산하지 않는 대장균 종을 이소펜테놀로 처리했다. 그 세균이 그 용매-스트레서에 반응하면서, 그 팀은 전체 게놈(genome)에서 메신저 RNA 전사를 살핌으로써 어떤 유전자들이 상향 또는 하향 조절되었는지를 측정했다. 그들은?아마도 그것들의 거동이 어떤 식으로 그 독성을 약화시키는 것을 도왔을 것이기 때문에?그 세균이 이소펜테놀에 대한 반응으로 더 높인 40가지의 유전자들을 선택했다. 그 다음으로, 그들은 어떤 것이 그 종의 성장을 향상시킬지를 보기 위해서 이소펜테놀을 활발하게 생산하는 세균 종에서 각각 한 가지를 과다발현시켰다.

성장을 구한 여덟 가지 유전자들 중에서, 두 가지가 두드러지게 전망이 있었다?55퍼센트까지 이소펜테놀의 생산을 향상시킨 생합성 조절자인 MetR과 12퍼센트까지 생산을 늘린 수송체 MdlB. 그 연구자들이 세포들 안에서 MdlB 수송 단백질의 수준을 훨씬 더 높인다면, 그들은 원래의 종보다 60퍼센트까지 더 많이 향상된 생산을 보았다.

“수송체를 찾는 것은 세포 밖으로 최종 용매 산물을 내보낼 잠재성을 가지고 있기 때문에, 정말로 우리의 흥미를 끌었다”고 Mukhopadhyay는 말했다. “그리고, 이 경우에, 일단 충분한 알코올을 세포 밖으로 내보내면, 상분리해서, 그 유기체에 더 이상 접근가능하지 않게 될지도 모른다.” 다시 말해서, 생물연료는 분리되어 나가서 그 세균이 살고 있는 수상 용액 위에 있게 될 것이다.

추가적인 보너스로, MdlB 단백질은 가능한한 빠르게 이소펜테놀을 소송하기 위한 수송체의 특이성과 성능을 향상시킬 수 있는 유도진화 실험들을 위한 좋은 후보이다. 보다 효율적인 수송체를 내성을 향상시키는 다른 유전자들과 통합해서 가까운 미래에 주유 펌프를 위한 바이오-가솔린을 만들 수 있는 종을 생산해낼지도 모른다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr