[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 대장균과 효모 등 유전자 발현 체계가 근본적으로 다른 서로 다른 종의 미생물에서 모두 작동하며 유전자 발현 세기를 일정하게 조절할 수 있는 범용 유전자 조절 장치를 개발해 미생물 세포공장 및 바이오파운드리 구축의 핵심 기술을 확보했다.
한국과학기술원(KAIST)은 공학생물학대학원 이주영 교수 연구팀이 서로 다른 종류의 미생물인 대장균과 효모에서 모두 작동하는 유전자 조절 장치인 ‘하이브리드 프로모터’를 개발했다고 28일 밝혔다.
기존에는 대장균이 RNA 중합효소 인식 서열(-10, -35)과 샤인-달가노 서열을 사용하는 반면, 효모는 TATA 박스를 포함한 핵심 프로모터와 코작 서열을 이용하는 등 전사·번역 원리가 달라 숙주를 변경할 때마다 프로모터를 새로 선정하고 발현량을 재조절해야 하는 한계가 있었다.
이에 연구팀은 효모 유래 핵심 프로모터 3종과 대장균 유래 프로모터 3종을 체계적으로 결합하고 두 미생물의 번역 개시 요소를 함께 배치했다.
총 9종의 크로스킹덤 하이브리드 프로모터를 제작하고, 미생물이 달라져도 각 생물이 자신에게 필요한 조절 요소를 독립적으로 인식해 약·중·강의 상대적 발현 세기 순서가 일관되게 유지되는 원리를 입증했다.
연구팀은 개발한 장치의 성능을 검증하기 위해 유전자 3개가 차례로 작동해야 하는 프로데옥시바이올라세인(PDV) 녹색 색소 생합성 경로에 적용했다.
강한 조절 장치를 사용했을 때 색소 생산량은 약한 장치 대비 대장균에서 약 3.1배, 효모에서 약 2.6배 증가해 두 미생물 모두에서 발현 세기에 따른 실제 물질 생산량 조절이 가능함을 확인했다.
아울러 코리네박테리움 글루타미쿰과 피키아 파스토리스 등 다른 종류의 세균과 효모에서도 정상 작동하여 다양한 미생물 숙주로의 확장 가능성도 제시했다.
이 기술은 숙주 변경에 따른 반복적 최적화 과정을 단축해 바이오파운드리 기반의 자동화·고속 균주 개발에 유용하게 활용될 전망이다.
이주영 교수는 “이번 연구는 미생물이 달라져도 프로모터의 상대적 세기를 예측할 수 있는 공통 설계 원리를 제시했다”며 “다양한 미생물 세포공장을 빠르게 설계하고 비교해 바이오제조 개발 속도를 높이는 데 활용될 것으로 기대한다”고 설명했다.
이번 기술은 표준화된 유전자 조절 부품의 확보는 향후 바이오 의약품 및 바이오 소재 상용화를 한층 앞당길 것으로 평가된다.
