미생물 대사공학을 이용한 비타민 생합성 연구동향 및 전망

아주대학교 최보현 연구원, 이평천 교수

1. 개요

비타민은 정상적인 성장과 영양에 필수적이며, 인간의 신체에서 합성되지 않아 소량을 식이 섭취를 통해 얻는 유기 화합물이다. 비타민은 화학적 성질에 따라 수용성 비타민과 지용성 비타민으로 나눠지며, 주로 자연계에서 미생물과 식물에서 생산되어 모든 살아있는 유기체의 신진 대사에 필수적이다. 이러한 비타민의 영양 공급 부족은 신체에 다양한 문제를 발생시키며, 이는 인간만이 아닌, 축산 산업의 동물들에도 영향을 준다. 인류의 발전에 따라 건강에 대한 의식은 나날이 증가되고 있으며, 특히 비타민은 단순 건강 보조제에서 필수 건강 보조 식품으로서 비타민 시장은 지속적으로 증가하고 있다 (그림 1). 따라서 지난 수십 년 동안 전 세계적으로 비타민 생산과 관련된 산업이 개발되어 왔으며, 오늘날 산업적으로 생산되는 비타민은 식품 및 사료 첨가제뿐만 아니라, 화장품, 질병 치료제, 및 건강 기능 식품으로 사용된다.

전통적으로 이러한 산업 비타민은 유기화학합성을 통해 생산되어 왔으나, 이는 고가의 장비와 일반적으로 환경에 유해한 용매를 이용한 많은 수의 화학 반응이 요구된다. 이러한 단점을 극복하기 위해, 자연적으로 비타민을 생산하는 유기체의 탐색, 배양 조건의 최적화, 생산 규모의 증대, 및 하부 공정의 최적화를 통한 순도 향상 기술을 개발함으로써, 생물학적 공정으로 통한 산업 비타민의 생산 기법이 개발되고 있다. 그럼에도 불구하고, 대부분의 비타민 생산 유기체들 고유의 한계로 인해, 일부 비타민의 생산율은 여전히 화학 합성과 경쟁할 수 없는 실정이다. 따라서 비타민 산업에서 생명공학의 당면 과제는 환경 친화적인 방법으로 비타민의 생산량을 증대시키고, 산업적 목적에 부합되는 새로운 비타민의 생산이다. 이러한 의미에서, ‘Green’ 생명공학은 비타민의 식품 섭취를 위해 고농도의 비타민을 함유한 작물을 생산할 수 있는 반면, ‘White’ 생명공학은 유전 공학 및 대사 공학을 통해 미생물을 비타민 생산자로 전환시킬 수 있다.

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