스테롤 의약품 전구체 생산을 위한 인공효모 세포공장 개발의
 연구 동향 및 전망

중앙대학교 분자시스템생물학연구실 이동욱, 문혜연, 강현아 교수

전통효모 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae)를 비롯한 여러 다양한 효모 종들은 오랜 기간 동안 맥주와 빵 발효에서 사용된 균주로 인체에 대한 안전성이 보증된 GRAS (Generally Recognized as Safe) 미생물로서 안전성이 높다. 특히, 효모는 고등생물과 매우 유사한 유전자 전사 및 번역 시스템과 더불어 단백질 분비기관을 갖추고 있어서 번역 후 수식을 통해 활성화된 단백질들을 생산할 수 있어 대장균에 비해 고등생물 유래의 의약용 단백질 대량생산에 보다 유용한 숙주시스템으로 이용되고 있다. 또한 균주의 배양 및 세포외 분비단백질의 정제가 용이하여 scale-up이 간단하므로 식품 및 재조합 의약용 단백질의 산업적 생산에 유용한 숙주 시스템이다(Kim et al., 2015). 

 한편, 효모는 다양한 이차대사산물 생합성 경로를 도입하여 발현시킬 수 있는 숙주로 관심을 받고 있다. 다양한 생명체들이 생산하는 이차대사산물은 고부가가치 화학화합물의 주요 공급처로서 많은 경우 중요한 의약적인 성질을 지니고 있다. 특히 식물의 대사산물들은 항산화제 또는 항생제 기능을 통해 박테리아, 바이러스, 곰팡이 등의 감염을 막아주며, 또한 인체 건강에 유익한 기능성 물질로 치료제로서의 활용도가 높아 미생물을 활용한 대량생산 기술에 대한 수요가 높다. 이차대사 생합성 경로가 자체적으로 제한적인 효모는 유전공학을 통해 도입된 외래 대사 경로를 방해하거나 경쟁하지 않으며, 무엇보다 다양한 오믹스 분석 시스템이 잘 구축되어 있어 전사체와 대사체 분석을 통해 효모 숙주의 생리 상태에 대한 총체적인 정보를 확보할 수 있는 장점이 있다. 또한 대사과정에 대한 상세한 모델이 개발되어 변형된 대사 네트워크의 행동을 예측할 수 있는 인실리코(in silico) 효모가 구축되어 있어 이를 활용한 인공 세포 디자인 및 제작이 더욱 용이한 점이 큰 장점이다(Walker and Pretorius, 2018). 특히, 단세포 진핵 미생물로서 효모는 소포체 및 미토콘드리아 같은 소기관에서 발현되어야만 활성을 갖게 되는 cytochrome P450 같은 외래 효소 발현에 적합한 숙주이며, 식물 및 동물 유래의 효소 활성에 필수적인 단백질 번역 후 변형능이 있는 점도 원핵 미생물 숙주에 비해 갖는 장점이다(Gold et al., 2018). 본 소고에서는 전통효모 S. cerevisiae와 Pichia pastoris와 Yarrowia lipolytica와 같은 다양한 비전통 효모 종들을 대상으로 수행되고 있는 합성생물학 기반 스테롤(sterol) 의약품 전구체 생산을 위한 인공효모 세포 공장(cell factory) 연구에 대한 최신 동향에 대해 살펴보고자 한다.

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