한국과학기술원(KAIST)이 미생물을 이용해 천연 붉은 색소를 생산하는 기술을 최초로 개발했다고 9일 밝혔다.
KAIST 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀은 식용으로 널리 쓰이는 붉은색 천연색소 ‘카르민산’을 생산하는 미생물 균주 개발에 성공했다.
카르민산은 딸기우유, 사탕 등 식품과 매니큐어, 립스틱 등 화장품 분야에서 널리 활용되고 있다.
카르민산은 연지벌레 추출을 통해 얻어지는 데 페루 등 한정된 지역에서만 재배할 수 있고, 복잡하고 비효율적인 다단계 반응을 거쳐야하는 한계가 있었다.
여기에 단백질 오염물질로 인한 알레르기 반응 등 우려에 몇몇 프랜차이즈 업체는 카르민산 사용을 중단하고 대체 식용색소를 활용하고 있다.
이에 연구팀은 포도당으로부터 카르민산을 생산할 수 있는 대장균 균주 개발 연구를 수행했다.
연구팀은 생화학 반응 분석을 통해 카르민산 생산을 위한 효소 후보군을 선정했다. 그 후 세포 배양 실험을 통해 성공적으로 작동하는 효소들을 선정했다.
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.
이상엽 특훈교수는 “연지벌레를 사용하지 않는 카르민산 생산 프로세스를 세계 최초로 개발했으며, 이번 연구는 특히 천연물 생산의 고질적인 문제인 효소 발굴과 개량에 대한 효과적인 해결책을 제시했다는 점에 의의가 있다”며 “이번 기술을 활용해 의학적 또는 영양학적으로 중요한 다양한 천연물을 고효율로 생산할 수 있을 것”이라고 말했다.
