'바이오화학공장 핵심' 미생물을 균주로 보호한다

KAIST 이상엽 특훈교수팀, 파지 저항성 갖는 대장균 균주 개발

미생물. 게티이미지 제공

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 이상엽 특훈교수팀이 미래 바이오화학산업의 핵심인 미생물을 바이러스 감염으로부터 보호할 수 있는 균주를 개발했다.

이상엽 특훈교수는 15일 "이번 균주 개발은 발효 산업에서 큰 문제점이었던 바이러스 오염을 해결하기 위해 여러 가지 파지에 대한 저항성을 부여하는 체계적인 해법을 제시한 것"이라며 "이번 기술을 활용해 미생물 기반의 유용한 화학제품을 만드는 데 한 단계 앞으로 나아갈 수 있을 것"이라고 말했다.

바이오화학산업은 화석연료 대신 미생물을 이용해 다양한 화학물질을 생산하는 산업이다. 지속가능하고 친환경적인 바이오화학공장의 미생물이 바이러스에 감염되면 일반공장의 기계가 고장난 것과 같은 상황이어서 매우 치명적이다. 미생물을 감염시키는 바이러스를 '파지'라고 하는데, 미생물이 파지에 감염되면 특성이 변하거나 죽게 된다.

15일 KAIST에 따르면, 연구진은 바이러스 감염을 대비하기 위한 연구개발을 통해 '파지 저항성을 갖는 대장균 균주 개발'에 성공했다.

연구진은 대장균 '3234/A' 균주에서 존재하는 '외가닥 DNA 인산황화(Ssp)' 신규 파지 방어 메커니즘을 발견했다. Ssp 파지 방어 시스템이 산업적으로 유용한 여러 가지 대장균 균주에 적용될 수 있고, 그 결과 여러 종류의 파지를 방어할 수 있음을 확인했다.

바이오화학산업적으로 유용한 파지 저항성 대장균 개발 과정. KAIST 제공

또한 게놈 상에 Ssp 방어 모듈을 도입하고 파지 생애주기에 필수적인 유전자의 변형과 같은 체계적인 엔지니어링 전략을 개발했다. 이 전략들을 통해 파지 공격에 취약한 대장균 균주를 여러 가지 파지들에 내성을 부여할 수 있었다.

이와함께 이렇게 엔지니어링된 대장균들은 파지들이 있을 때도 일반적인 대장균과 똑같은 성장 속도와 생리학적 특성을 갖는 것을 확인했다.

또한 높은 농도의 파지가 존재하는 환경에서도 화학물질이나 재조합 단백질을 생산하는 능력을 그대로 유지했다.

한편, 이상엽 교수는 이번 균주 개발을 중국 우한대학교 시 첸·리안롱 왕 교수팀과 함께 했으며, 그 연구결과를 국제 학술지인 '네이쳐 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 발표했다.

또한 해당 연구의 중요성을 인정받아 네이쳐 커뮤니케이션스 에디터의 하이라이트로도 선정됐다.

[e-mail] 김만기 기자