저비용·고효율 맞춤형 미생물 검색 형광 플랫폼 개발

- 자체 형광 발현으로 고가 장비 없이 휴대폰 촬영으로 촬영·확인 가능-

□ 한국연구재단(이사장 조무제)은 이승구 박사(한국생명공학연구원) 연구팀이 탐침물질*만 디자인 해 넣어주면 특정한 활성 미생물이나 핵심 효소를 단시간 내 찾아내는 ‘맞춤형 미생물 검색 플랫폼’을 세계 최초로 개발하였다고 밝혔다.
   * 탐침물질: 특정 효소에 의해 분해되는 화학물질로 분해 시 미생물 유전자회로의 형광단백질 발현을 촉발하는 구조로 디자인되어 있다.

□ 미생물의 활용범위는 다양하다. 인간의 건강 보존과 자연환경의 정화와 같은 바이오 분야를 포함하여 탄소자원을 유용한 화학물질로 전환시키는 용도로 광범위하게 쓰인다. 특히 여러 가지 효소를 많이 확보할수록 그 활용도는 높아진다.

□ 그러나 기존의 방법으로는 특정한 활성의 미생물과 효소를 효율적으로 찾기에는 한계가 있었다.
 o 일반적으로 미생물을 여러 환경의 배지에 배양하여 자동화 정밀 분석기기로 분석한다. 그러나 분석시간이 오래 걸리고 기기가 고가여서 일부 실험실에서만 가능하다.
 o 또한 개별적으로 미생물들을 배양하고 효소마다 다른 측정방법을 적용해야 하므로 동시 다발적인 미생물과 효소의 분석이 어려웠다.
 o 이렇게 세포를 배양하고 파쇄하여 얻은 물질의 양은 극소량이어서, 들인 시간과 노동력에 비해 효율이 적었다.
□ 이에 연구팀은 ‘탐침물질’이 찾고자 하는 ‘특정 미생물과 효소’를 만나 ‘신호물질’로 전환되면서 해당 미생물에 형광 동그라미를 생성하도록 하는 분석 방법을 개발했다.
 o 이 형광동그라미는 특정 미생물과 효소에 반응하여 24시간 이내에 나타난다. 이는 고가의 전문 촬영 장비가 아닌 휴대폰 사진촬영을 통해서도 쉽게 관찰이 가능하다.
 o 이 기술은 탐침물질의 디자인에 따라 300여 종 이상의 효소 활성에 적용할 수 있다. 또한 여러 형광색을 사용하여 동시에 3종류 이상의 효소를 발견할 수 있다.
 o 연구팀은 신호물질을 페놀(Phenol)로 설정하였다. 페놀은 작고 안정적이어서 대부분의 미생물에서 영향을 받지 않기 때문이며, 다양한 탐침물질의 디자인 과정에서 광범위하게 이용 가능하기 때문이다.

□ 김하성 박사는 “해당 성과는 미생물 분석에 합성생물학 기술을 최초로 적용한데 개발의 의의가 있다.”며 “앞으로 산업적으로 가치 있는 고효율 미생물과 효소를 탐색하는데 큰 역할을 할 것”이라며 연구의 의의를 밝혔다.

□ 이승구 박사는 “유전자원 이용 시 해당 국가 법률에 따라 사전 허가를 받아야하는 나고야 의정서 비준을 앞두고 있는 상황에서 토종 유전자원 확보에도 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.”라고 덧붙였다.

□ 미래창조과학부 글로벌프론티어사업(바이오합성연구단)의 지원을 통해 거둔 이번 연구 성과는 미국 화학회에서 발간하는 합성생물학 분야 저명학술지인 'ACS Synthetic Biology’에 8월 10일자로 게재되었다.