KAIST, 대장균·효모 함께 쓰는 유전자 조절장치 개발

대장균·효모에 같은 설계 적용

미생물별 생산성 비교 가능

카이스트(KAIST)는 공학생물학대학원 이주영 교수 연구팀이 대장균과 효모에서 모두 작동하는 유전자 조절 장치인 ‘하이브리드 프로모터’를 개발했다고 28일 밝혔다. ⓒ카이스트

대장균과 효모처럼 서로 다른 미생물에 같은 유전자 설계를 적용할 수 있는 기술이 개발됐다. 의약품이나 화학소재 생산에 적합한 미생물을 보다 빠르게 찾는 데 활용될 것으로 기대된다.

카이스트(KAIST)는 공학생물학대학원 이주영 교수 연구팀이 대장균과 효모에서 모두 작동하는 유전자 조절 장치인 ‘하이브리드 프로모터’를 개발했다고 28일 밝혔다.

프로모터는 유전자 앞에서 해당 유전자가 얼마나 활발하게 작동할지를 조절하는 DNA 부위다. 미생물을 이용해 원하는 물질을 생산하려면 관련 유전자의 작동 세기를 적절하게 조절해야 한다.

문제는 대장균과 효모가 유전자를 읽는 방식이 달라 한쪽에서 만든 프로모터를 다른 쪽에 그대로 적용하기 어렵다는 점이다. 같은 물질을 다른 미생물로 생산하려면 미생물마다 프로모터를 다시 고르고 작동 세기를 조정해야 했다.

연구팀은 대장균과 효모가 각각 인식할 수 있는 DNA 요소를 하나로 결합해 두 미생물에서 모두 작동하는 하이브리드 프로모터를 만들었다. DNA 요소의 조합을 달리해 유전자 작동 세기도 조절할 수 있도록 설계했다.

실험 결과 대장균에서 강하게 작동한 프로모터는 효모에서도 대체로 높은 활성을 보였다. 서로 다른 미생물에서도 프로모터의 상대적인 세기를 가늠할 수 있다는 의미다.

실제 물질 생산 효과도 확인했다. 연구팀이 유전자 3개가 순차적으로 작동해 만들어지는 녹색 색소를 대상으로 시험한 결과 강한 프로모터를 적용했을 때 생산량은 약한 프로모터보다 대장균에서 약 3.1배, 효모에서 약 2.6배 높았다.

다른 종류의 세균과 효모에서도 같은 프로모터가 작동하는 것으로 나타났다.

연구팀은 이번 기술을 활용하면 여러 미생물에 같은 유전자 설계를 적용한 뒤 생산성을 비교해 원하는 물질 생산에 적합한 미생물을 선별할 수 있을 것으로 보고 있다. 다만 실제 생산량을 높이려면 미생물별 추가 조정이 필요하다.

이번 연구에는 KAIST 손소희·문수영·안난영 연구자가 공동 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 지난 23일 국제학술지 ‘핵산 연구(Nucleic Acids Research)’에 게재됐다.

이주영 KAIST 공학생물학대학원 교수는 “미생물이 달라져도 프로모터의 상대적인 세기를 예측할 수 있는 공통 설계 원리를 제시했다”며 “다양한 미생물 세포공장을 빠르게 설계하고 비교해 바이오제조 개발 속도를 높이는 데 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.