해양 초고온 고세균 총체적 대사경로 세계최초 규명
해양 초고온 고세균 총체적 대사경로 세계최초 규명
기초연, 고효율 수소생성균주 개발 기반 마련Molecular and Cellular Proteomics 誌 게제
  • 강민성 기자
  • 승인 2012.06.25 19:24
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정영호 박사·김승일 박사
수소를 생산하는 미생물인 ‘해양 초고온 고세균’의 총체적 대사경로를 세계최초로 규명함에 따라 고효율 수소생성 균주 개발 및 대사공학(metabolic engineering)을 통한 고효율 수소생산의 기반이 마련됐다.
한국기초과학지원연구원(원장 박준택) 생명과학연구부 정영호, 김승일 박사팀은 한국해양연구원 이정현, 강성균 박사팀과 공동으로 해양 초고온 고세균인 ‘써모코커스 온누리누스 NA1 (Thermococcus onnurineus NA1)’이 개미산 또는 일산화탄소를 먹고 수소를 생성함과 동시에 포도당, 구연산 등의 유기탄소화합물을 생성해 지속적인 증식이 가능하다는 사실을 세계 최초로 규명했다.
또한 ‘써모코커스 온누리누스 NA1’(이하 NA1)이 가지고 있는 알코올 탈수효소(alcohol dehydrogenase, ADH)는 고온의 수소생성 조건에서 전분을 먹이로 공급할 때 발현이 증가하여 알코올이 보다 효율적으로 생산됨을 규명했다.
이번 연구는 국토해양부 해양생명공학사업에서 ‘해양 초고온 고세균 이용 바이오수소 생산 기술개발 사업’과 ‘해양극한생물 분자유전체 연구단 사업’을 통해 수행되었으며, 연구결과는 미국 생화학·분자생물학회에서 발간하는 국제 프로테오믹스 분야 세계 최고 권위지인 ‘Molecular and Cellular Proteomics 誌’ 의 2012년 6월호에 게재 되었다.
논문명 : Proteome analyses of hydrogen-producing hyperthermophilic archaeon Thermococcus onnurineus NA1 in different one-carbon substrate culture conditions. Molecular and Cellular Proteomics (IF=8.354)
공동 연구팀은 개미산과 일산화탄소, 전분이 먹이로 포함된 배양조건에서 자란 'NA1’으로 부터 단백질을 추출한 후, 수소생성조건에 따른 단백질체 분석을 통해 전체 대사경로를 규명했다.
특히 이를 통해 개미산과 일산화탄소가 'NA1’의 에너지원으로서 뿐 만 아니라 효율적인 유기탄소원으로 이용될 수 있음을 입증하였으며, 주요 대사 작용 및 수소생성에 관련된 기능성 단백질들을 발굴·규명하는데 성공했다.
지금까지 해양 초고온 고세균이 개미산과 일산화탄소를 먹이로 수소를 생성하는 동시에 성장에 필요한 생체에너지를 만들어낸다는 사실은 학계에 보고됐지만, 이러한 단일 탄소원자(C-1)로 구성된 기질(먹이)들이 고세균에서 유기탄소원으로 사용된다는 것은 이번 연구를 통해 최초로 확인됐다.
또한 연구팀은 ‘NA1’이 지금까지 알려진 고세균 미생물중 최다인 8개의 수소화효소군을 보유하고 있다는 것을 확인했다.
이처럼 다수의 수소화효소군을 보유한 경우, 이를 조절함으로써 생산되는 수소의 순도나 효율을 높일 수 있다. 특히 이들 수소생성 기능성 단백질들은 향후 고효율 수소 생산 균주 개발에 유용한 단백질 타겟으로 사용될 수 있다.
기초(연) 생명과학연구부 정영호 부장은 “이번 연구를 통해 초고온 고세균 NA1의 총체적 대사경로가 규명됨에 따라, 개미산이 수소 생성을 위한 에너지원으로 이용될 수 있을 뿐만 아니라, 일산화탄소와 함께 탄소동화 과정을 거쳐 효율적인 유기탄소원으로 이용될 수 있음을 확인했다”며, “이러한 연구결과는 향후 고효율 바이오수소 생성 균주 개발에 이용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

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