[충남일보 김성현 기자] 한국생명공학연구원(생명연) 합성생물학전문연구단은 인공 유전자회로 기술 개발을 통해, 서해안 갯벌유래 미생물 유전체군에서 ε-카프로락탐(나일론모노머)을 합성하는 새로운 기능의 효소유전자들을 발견했다고 22일 밝혔다.
나일론은 플라스틱, 식품 포장 재료, 타이어 코드, 카펫을 제조하는 데 광범위하게 사용되고 있다. 나일론6의 합성원료인 카프로락탐은 벤젠에서 출발하는 여러 단계에서 오염물질들을 배출하므로, 이를 대체하는 친환경 기술의 개발 필요성이 강조돼 왔다.
이에 생명연 연구팀은 대단위 갯벌유전체에서 카프로락탐을 민감하게 감지할 수 있는 전자조절인자를 먼저 개발하고, 이를 바이오센서로 도입한 새로운 유전자회로인 CL-GESS를 구축했다.
이 유전자회로는 카프로락탐뿐만 아니라 다양한 락탐, 락톤계 화합물에 대해서도 매우 민감한 반응을 나타낸다.
연구팀은 이 유전자회로의 효용을 입증하기 위해 서해갯벌 유래의 메타게놈 라이브러리를 확보한 후, 카프로락탐 감지 유전자회로를 장착한 대장균에 동시에 형질전환하고, 전구체물질인 6-아미노카프론산을 처리했다.
또 시료중 6-아미노카프론산으로부터 카프로락탐을 전환하는 효소가 존재 할 경우 해당 미생물에 형광물질이 정량적으로 발생하도록 하고, 유세포측정기 (FACS)에서 활성이 없는 세포들과 확연히 구분되도록 하여 하루에 백만 개 이상의 미생물을 선별할 수 있게 했다.
이 연구를 통해 연구팀은 새로운 카프로락탐 합성 효소를 자연계에서 분리하는데 성공했고 그 구조-기능을 상세히 분석한 결과, 이 효소가 어떤 조효소의 도움도 없이 카프로락탐을 합성하는 새로운 방식의 반응 기능을 갖는 것을 확인했다.
이 효소는 유전자 정보 상 3-hydroxybutyrate dehydrogenase (3-HBD)로 알려진 효소에 해당했으며, 실제 활성에서도 하나의 구조에서 이질적인 두 기능을 동시에 나타내는 매우 독특한 다중기능(promiscuous activity)을 나타냈다.
생명연 연구팀은 "인공 유전자회로를 이용해 개별 세포단위 활성을 분석하면 기존의 유전자 정보 분석(annotation)만으로는 예측하기 어려운 새로운 유전자 기능, 즉 다양한 부수적 활성 (promiscuous activity)의 감지가 가능함을 발견했다"며 "이번 연구를 통해 자연에는 예측을 뛰어넘는 훨씬 더 다양한 부수적 반응 (promiscuous activity)들이 존재하며, 더 민감한 바이오센서기술을 개발해 이를 분석하면 기존의 방법적 제약을 넘어 세포내 생화학반응의 다양성을 더욱 넓힐 수 있음을 확인했다"고 밝혔다.
저작권자 © 충남일보 무단전재 및 재배포 금지
