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beta;-Carotene은 상업적으로 가치가 많은 terpenoid계통의 화합물이다. 다양한 생리 활성을 갖고 있다. 이미 beta;-carotene을 생산하기 위한 미생물 공장을 구축하려는 다양한 시도들이 있었다. 그러나 아직 어떤 연구도 이종의 숙주 세포에서 소수성의 beta;-carotene을 축적을 향상하기 위한 연구는 진행되지 않았다. 비록, 연구자들은 이전에도 세포막이 beta;-carotene과 같은 소수성의 terpenoid류가 머무르는 세포의 장소가 될 것이라고 생각은 했지만, 지금까지 직접적인 증거가 없었다. 최근에 대사공학 (Metabolic Engineering) 온라인 판 (2017년 7월 6일)에 발표된 논문《Membrane engineering - a novel strategy to enhance the production and accumulation of beta;-carotene in Escherichia coli, 세포막 공학-대장균에서 베타-카로틴의 생산과 축적을 위한 새로운 시도》에서,중국과학원 소속 천진 산업생물공학 기술연구소의 장학례 (张学礼) 연구팀은 일종의 전혀 새로운 lsquo;세포막공학 rsquo;이라는 방법을 통해서, 대장균에서 beta;-carotene을 생산하고 축적하는데 성공하였다. 이 연구에서 대장균에서 beta;-carotene의 생산 능력과 보존 능력이 있는지 알아보기 위해서 연구팀은 대장균의 세포막의 형태와 합성 각도에서 연구를 진행하였다. 막-결합 단백질(membrane-bending proteins)을 통해서 세포막의 형태학적 변형을 이루고, 이를 통해 beta;-carotene의 생산 능력을 28% 향상시켰다. 또한 막 합성 경로에 있어서 변형을 통해서 생산량을 43% 증가시켰다. 이외에도 이 두 가지 방법을 결합하여 beta;-carotene의 생산을 2.9 배 증가할 수 있었다(6.7mg/g에서 19.6mg/g DCW로 증가). 변형된 대장균의 세포막을 전자현미경을 통해 관찰한 결과 내부 막에 겹쳐 쌓인 구조 (Inward membrane stacks)가 관찰되었는데, 이는 세포막의 형태학적으로 변형과 beta;-carotene 생산력 증대가 서로 관련이 있다는 것을 명백히 보여준 것이라고 할 수 있다. 마지막으로 세포막의 분리와 분석을 통해서 증가된 beta;-carotene는 확실히 주로 세포막에 축적된 것을 입증하였다. 이 연구 프로젝트에서 사용된 ldquo;세포막 공학 rdquo;이라는 전략을 beta;-carotene 의 고생산균주 CAR025에 적용한 결과 성공적으로 39%의 생산성 향상을 가져왔다 (31.8mg/g에서 44.2mg/g DCW로 증가,진탕 플라스크 배양). 이는 지금까지 보고된 연구 가운데서 가장 높은 수준의 농도라고 볼 수 있다. 논문의 저자들은 이 연구에서 개발한 세포막 공학의 전략은 미생물 기반 terpenoid생산에 있어서 새로운 방법이라고 말한다. 이러한 새로운 공학적 기술은 숙주세포에서 소수성 물질의 생산에 있어서 유용하게 사용될 수 있을 것으로 보인다. |
