대사 공학 및 유세포 분석으로 NMN 생산량 획기적으로 늘린 연구 공개¶
원제목: 通过代谢工程增强烟酰胺单核苷酸的产量，并利用流式细胞术对大肠杆菌进行筛选 - 生物通
핵심 요약
- 대사 공학 기술을 활용하여 NMN 생산 효율을 3.6배 높였음.
- 유세포 분석을 통해 개량된 대장균은 NMN 생산량을 6.5배까지 증대시켰음.
- 새로운 고효율 NMN 생산 및 스크리닝 방법이 개발되었음을 시사함.
상세 내용¶
최근 'Biotechnology Letters'에 게재된 연구는 니코틴아마이드 모노뉴클레오타이드(NMN)의 생산량을 획기적으로 증대시키는 새로운 방법을 제시합니다. NMN은 세포 에너지 대사에 필수적인 조효소 NAD+의 직접적인 전구체로, 항노화 및 건강 증진 효능에 대한 기대감으로 전 세계적인 연구 대상이 되고 있습니다. 그러나 NMN의 높은 잠재력에도 불구하고, 현재까지는 효율적인 대량 생산 방법이 부족하여 상용화에 어려움을 겪고 있었습니다.
이번 연구진은 대사 공학 기술을 도입하여 NMN 생산에 관여하는 핵심 효소들을 재조합했습니다. 특히, NMN 생합성 경로에 필요한 세 가지 효소(Prs, Rk, Nampt)를 pETDuet-NPk 플라스미드에 통합하고, 세포막 투과성을 높이는 운송 단백질(PnuC, NiaP) 및 ATP 생성 관련 단백질(ABC transporter)을 pCDFDuet-NPC 플라스미드에 집적하는 방식을 채택했습니다. 이러한 유전자 재조합 기술을 통해 기본 균주인 대장균(E. coli 2d)에서 NMN의 생산량을 기존 대비 3.6배 높은 0.139 g/L까지 끌어올리는 데 성공했습니다.
연구진은 여기서 멈추지 않고, 유세포 분석(flow cytometry) 기술을 활용하여 NMN 생산 효율이 극대화된 균주를 선별하는 과정을 진행했습니다. 이 과정을 통해 개량된 균주(2d-C1)는 NMN의 생산량을 무려 0.91 g/L까지 증대시켰으며, 이는 기존 대비 6.5배에 달하는 매우 높은 수치입니다. 이러한 결과는 유세포 분석 기술이 고효율의 미생물 균주를 신속하고 정확하게 선별하는 데 매우 유용함을 입증하는 사례입니다.
본 연구는 대사 공학 및 첨단 스크리닝 기술의 결합이 NMN과 같은 고부가가치 물질의 생산성을 획기적으로 개선할 수 있음을 보여줍니다. 이는 향후 NMN의 대량 생산 및 상용화를 앞당기는 데 중요한 발판이 될 것으로 기대됩니다. 또한, 제시된 방법론은 다른 유용한 생리활성 물질의 생산성 향상에도 적용될 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
결론적으로, 이번 연구는 NMN 생산의 효율성을 크게 높이는 새로운 경로를 제시했으며, 이는 NMN의 건강 기능성 연구 및 관련 산업 발전에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 전망됩니다. 연구진은 앞으로도 이러한 첨단 생명공학 기술을 활용하여 인류 건강 증진에 기여할 수 있는 다양한 연구를 지속할 계획입니다.
편집자 노트¶
이번 연구는 '항노화 물질'로 큰 관심을 받고 있는 NMN의 생산성을 획기적으로 높였다는 점에서 주목할 만합니다. 일반적으로 NMN은 고가이고 구하기 어려운 물질로 인식되어 왔는데, 이는 생산 공정의 복잡성과 낮은 효율성 때문이었습니다. 하지만 이번 연구에서는 대사 공학이라는 첨단 기술을 이용하여 NMN을 만드는 박테리아의 능력을 강화하고, 유세포 분석이라는 정밀한 기술로 가장 효율적인 균주를 빠르게 찾아냈습니다. 마치 공장 생산 라인을 최적화하고, 가장 숙련된 작업자를 자동으로 선별하는 것과 같다고 할 수 있습니다.
이 연구의 핵심은 단순히 NMN을 더 많이 만드는 방법을 찾은 것을 넘어, '어떻게' 더 많이 만드는지에 대한 구체적인 기술력을 제시했다는 점입니다. 대사 공학으로 '잘 만드는' 박테리아를 만들고, 유세포 분석으로 '가장 잘 만드는' 박테리아를 효율적으로 골라내는 것입니다. 이러한 접근 방식은 앞으로 NMN뿐만 아니라 다른 유용한 바이오 물질을 생산하는 데도 큰 영향을 줄 수 있습니다. 앞으로 NMN 가격이 합리적으로 낮아져 더 많은 사람들이 혜택을 볼 수 있게 되기를 기대해 봅니다.