이상엽 특훈교수 연구팀, 시스템 대사공학과 세포막 개량 통해 대장균 균주 개발

미생물을 통해 생산한 일곱 가지 무지개 색소. 사진=KAIST 제공
미생물을 통해 생산한 일곱 가지 무지개 색소. 사진=KAIST 제공
국내 연구진이 일곱 빛깔의 천연 무지개 색소를 생산하는 미생물 균주 개발에 성공했다. 이번 기술 개발로 석유 화합물 기반의 합성 색소를 대체할 뿐만 아니라 의약품, 영양보조제 등의 다양한 친환경 물질을 고효율로 생산할 수 있을 것으로 기대된다.

한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 양동수 박사와 박선영 박사를 포함한 이상엽 특훈교수 연구팀이 `일곱 빛깔의 천연 무지개 색소를 생산하는 미생물 균주 개발`에 성공했다고 8일 밝혔다.

우리 생활에서 널리 활용되고 있는 각종 색소는 식품과 같이 직접 섭취되거나 화장품과 같이 피부에서 흡수되기 때문에 건강과 밀접한 관계를 갖는다. 하지만 색소 중 대부분은 석유 화합물로부터 생산되는 합성 색소이며, 색소의 사용이 실생활에 널리 활용되는 만큼 건강에 악영향을 미칠 수 있다.

뿐만 아니라 합성 색소를 이용해 각종 옷감을 염색하면서 발생하는 폐수가 전체 산업용 폐수의 17-20%를 차지한다는 보고가 있을 정도로, 합성 색소는 수질오염에도 지대한 영향을 미친다.

그동안 이러한 문제를 해결하기 위해 미생물을 이용해 천연색소를 생산해야 한다는 필요성이 제기됐으나, 값비싼 생산 공정과 낮은 수율로 인해 산업화가 실현되기 어려운 상황이었다. 또 현재까지 빨강, 주황, 노랑, 파랑, 보라 등의 천연색소는 낮은 효율로 생산된 바 있으나, 초록 및 남색 천연색소 생산은 보고된 바가 없었다.

이에 이상엽 교수 연구팀은 농촌진흥청이 지원하는 농업미생물사업단의 `카로티노이드 생산 미생물 세포공장 개발` 과제의 지원을 받아 효율적인 빨강, 주황, 노랑 3색의 카로테노이드 생산과 이를 확장한 7가지 무지개색을 모두 생산할 수 있는 기술 개발에 성공했다.

연구팀은 특히 지용성 식품과 의류 염색 등에 활용되는 소수성 천연색소에 주목했다. 대사공학을 이용해 카로티노이드 계열 색소인 △아스타잔틴(빨강) △베타-카로틴(주황) △제아잔틴(노랑)과 비올라세인 유도체 계열 색소인 △프로비올라세인(초록) △프로디옥시비올라세인(파랑) △비올라세인(남색) △디옥시비올라세인(보라)을 생산하는 대장균들을 개발했다. 이로써 연구팀은 포도당이나 글리세롤을 먹이로 개발한 대장균을 배양함으로서 일곱 빛깔의 천연 무지개 색소를 모두 생산할 수 있게 됐다.

또 색소 생산량을 더욱 증가시키기 위해 세포 외 소낭을 형성, 미생물 밖으로 소수성 천연색소를 분비해 무지개 색소를 고효율로 생산하는 데 성공했다.

양동수 박사는 "색소를 비롯한 천연물을 고효율로 생산할 수 있는 범용 대사공학적 전략을 개발했다는 점에 의의가 있다"며 "이번 기술을 활용해 색소뿐만 아니라 의약품, 영양보조제 등의 다양한 친환경 물질을 고효율로 생산할 수 있을 것"이라고 밝혔다. 정인선 기자

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