카이스트 생명화학공학과 이상엽 특훈교수팀 연구
산화손상, 자외선에서 눈 보호 루테인 대량생산 미생물 개발

생물공학 분야 석학 이상엽 카이스트 특훈교수팀이 시력 개선에 도움이 되는 것으로 알려진 루테인을 생산할 수 있는 미생물을 만들었다.

카이스트 생명화학공학과 연구팀은 노안, 백내장 등 예방·치료 효과로 주목받고 있는 루테인이라는 물질을 생산할 수 있는 미생물 균주를 개발하는데 성공했다고 17일 밝혔다. 이번 연구 결과는 화학 분야 국제학술지 ‘네이처 촉매’에 실렸다.

계란 노른자와 과일에 주로 포함돼 있는 루테인은 눈을 산화 손상과 자외선에서 보호해 눈 영양제 성분으로 많이 쓰이고 있다. 최근에는 고령화와 스마트 기기 사용시간이 늘어나면서 눈 건강에 대한 관심이 높아지면서 루테인 수요는 빠르게 증가하고 있다.

시판되고 있는 눈 영양제에 포함된 루테인은 주로 금잔화 꽃에서 추출한 것이다. 문제는 금잔화 꽃을 재배하기 위해서는 땅, 시간, 노동력이 필요하기 때문에 대량 공급이 쉽지 않다. 이 때문에 화학 합성법도 제시돼 왔지만 루테인의 화학구조가 비대칭적이고, 분자식은 같지만 구조가 달라 물리적, 화학적 성질 자체가 다른 이성질체도 많아 분리 공정이 필요해 이 또한 비효율적이다.

이에 연구팀은 미생물의 대사회로를 변화시키는 시스템 대사공학으로 대장균의 대사회로를 바꿔 저렴한 바이오매스의 주원료인 글리세롤로 루테인을 만들 수 있도록 했다. 대사회로를 바꾸더라도 여러 생화학적 반응에 관여하는 효소가 원하는 물질 생산 흐름을 방해하기 때문에 일정량 이상 생산하기 어려운 것이 보통이다. 연구팀은 이 같은 병목 현상을 없애는 기질 채널링, 전자 채널링 효과로 루테인 생산을 위한 대사흐름을 강화시켜 다량의 루테인을 생산할 수 있게 했다.

연구팀은 전자 채널링 기술을 활용해 대장균에서 자몽향 성분인 누카톤과 항노화 천연화합물인 아피게닌을 만드는데도 성공했다.

이번 연구 제1저자인 박선영 LG화학 박사는 “이번 연구는 천연자원의 비효율적 추출법을 대체할 수 있는 미생물 기반 고효율 루테인 생산 기술을 개발했다는 점에 의의가 있다”며 “이번 기술을 활용하면 미생물 기반의 의약품, 건강보조식품 등 제조법을 한 단계 업그레이드 시킬 수 있을 것”이라고 말했다.