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제목 미생물 이용한 희귀 유전자원 정밀탐색 가능해졌다 mail
등록일 2019-01-22
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신규 유전자활성의 검증 및 이를 이용한 유전자회로의 활용 방안


한국생명공학연구원(이하 생명硏) 합성생물학전문연구단은 인공 유전자회로 기술 개발을 통해, 서해안 갯벌유래 미생물 유전체군에서 ε-카프로락탐(나일론모노머)을 합성하는 새로운 기능의 효소유전자들을 발견하였다. 

이 연구는 위 유전자회로를 바이오센서로 이용한 것으로, 자연(갯벌 환경)에서 추출한 유전체군(메타게놈)에서 나일론원료를 합성하는 새로운 효소활성이 감지되면 정량적인 형광신호를 내도록 유전자회로를 제작하여 미생물 세포에 도입한 것이다. 

새로운 촉매반응(효소)을 발견하기 위하여 기존에는 세포배양, 효소반응, 물리·화학적 산물분석을 연속하여 반복하는 방법들이 사용되어 왔다. 본 연구의 방법에서는 위 유전자회로를 도입한 세포들을 초미세반응기(femto-liter)로 이용하여 짧은 시간동안 효소 반응을 진행한 후, 사용된 세포들을 세포자동해석․분리장치(FACS ; fluoscence assisted cell sorter)에 1초에 수천 개씩 흘려보내며 높은 형광을 띄는 것을 분리하는 기술이다.

이 방식은 단일세포 수준에서 일어나는 미량의 활성조차도 고감도로 감지하므로 전통적인 분석법이 갖는 민감도 및 속도의 한계를 동시에 극복할 수 있다. 본 연구에서는 이 기술을 갯벌 메타게놈 분석에 적용하여 기존에 알려지지 않은 전혀 새로운 방식의 반응으로 ε-카프로락탐(나일론모노머)을 형성(cyclic amide-forming transamidation)하는 효소 유전자들을 발견하였다. 이 유전자들은 기존에는 다른 효소반응(3-hydroxybutyrate dehydraogenase)에 관련된 유전자들로 알려져 있던 것들이었다.

생명硏 합성생물학전문연구단(교신저자: 이승구 박사, 제1저자: 염수진 박사)이 수행한 이번 연구는 생명硏의 주요사업, 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 C1바이오리파이너리사업, 글로벌프론티어사업 및 중견연구자지원사업의 지원으로 수행되었고, 네이쳐 커뮤니케이션 (Nature Communications)지에 11월 29일자 온라인 판에 게재되었다. 
    (논문명: A synthetic microbial biosensor for high throughput screening of lactam biocatalysts)



 * ε-카프로락탐: 나일론 합성섬유를 생산하는 고리구조의 물질로 석유 기반의 벤젠을 원료로 하여 만들어지나, 유가변동 및 환경문제로 바이오기반의 합성기술의 개발 필요성이 부각됨.
 * 인공 유전자회로기술: 특정 INPUT조건(예: 카프로락탐 발생)에서만 OUTPUT (예: 형광)이 나타나도록 세포기능을 조절하는 DNA설계기술 
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