대장균 대사 공학 및 유세포 분석 스크리닝으로 NMN 생산량 획기적으로 높이는 기술 개발¶
원제목: Enhancing production of nicotinamide mononucleotide by metabolic engineering and flow cytometry screening of Escherichia coli
핵심 요약
- 대장균을 이용한 니코틴아마이드 모노뉴클레오타이드(NMN) 생산 효율을 극대화하는 새로운 대사 공학 기술이 개발되었음.
- 유세포 분석 스크리닝을 통해 NMN 생산량이 6.5배 증가한 돌연변이 균주를 성공적으로 확보했음.
- 저렴한 합성 기질을 사용하고 효율적인 생산 경로를 구축하여 NMN 생산 비용 절감 및 상용화 가능성을 높였음.
상세 내용¶
니코틴아마이드 모노뉴클레오타이드(NMN)는 세포 에너지의 중요한 공급원이자 NAD+의 직접적인 전구체로서, 영양 및 건강 관리 분야에서 매우 높은 가치를 지니고 있어 전 세계적으로 NMN 생합성에 대한 연구가 활발히 진행 중입니다.
본 연구에서는 NMN 생산을 위한 새로운 대장균 균주 개발에 집중했습니다. 연구팀은 세 가지 필수 세포 내 단백질(Prs, Rk, Nampt)을 인코딩하는 재조합 플라스미드 pETDuet-NPk와 리보스 ABC 수송 시스템, 니코틴아마이드 뉴클레오타이드 수송 단백질(PnuC), 니코틴산 수송 단백질(NiaP)을 포함하는 재조합 플라스미드 pCDFDuet-NPC를 성공적으로 구축했습니다.
이 두 개의 플라스미드를 활용하여 개발된 대장균 2d 균주는 D-리보스와 니코틴아마이드를 기질로 사용하여 NMN을 생산하는 전세포 촉매 반응 경로를 구현했습니다. 이 방법을 통해 기존에 포도당을 기질로 사용할 때보다 3.6배 높은 0.139 g/L의 NMN 생산량을 달성했습니다.
나아가, 연구팀은 자외선 돌연변이 유발 및 유세포 분석 스크리닝을 통해 NMN 생산량이 더욱 향상된 돌연변이 균주인 대장균 2d-C1을 발견했습니다. 이 새로운 균주는 기존 대장균 2d 균주 대비 무려 6.5배 증가한 0.91 g/L의 NMN 생산량을 보여주었습니다.
이번 연구는 고효율 NMN 스크리닝을 위한 혁신적인 접근 방식을 제시하며, 경제적인 합성 기질을 활용하여 NMN 생산량을 증대시키는 새로운 가능성을 열어주었습니다. 이는 NMN의 상업적 생산 및 건강 기능 식품, 의약품 분야에서의 활용을 더욱 확대할 것으로 기대됩니다.
편집자 노트¶
이번 연구는 NMN이라는 물질이 우리 건강에 얼마나 중요한 역할을 하는지, 그리고 이를 어떻게 더 효율적으로 생산할 수 있는지에 대한 최신 기술 동향을 보여줍니다.
NMN은 우리 몸의 세포가 에너지를 만들고 노화를 늦추는 데 핵심적인 역할을 하는 NAD+라는 물질을 만드는 재료입니다. 최근 NMN이 건강 증진, 특히 노화 관련 질병 예방에 효과가 있다는 연구 결과들이 나오면서 많은 관심을 받고 있습니다. 하지만 NMN 자체를 합성하는 과정이 복잡하고 비용이 많이 드는 것이 상용화의 걸림돌 중 하나였습니다. 이 논문은 이러한 문제를 해결하기 위해 대장균이라는 미생물을 이용하여 NMN을 보다 저렴하고 효율적으로 생산하는 방법을 제시하고 있습니다.
연구의 핵심은 두 가지입니다. 첫째, NMN을 만들 수 있는 여러 유전자들을 대장균 안에 집어넣어 미생물 자체가 NMN 공장이 되도록 만든 것입니다. 둘째, 이렇게 만들어진 공장(대장균)들을 다시 한번 개량하고, 가장 성능이 좋은 공장만을 골라내기 위해 최첨단 기술인 유세포 분석(Flow cytometry)을 활용한 것입니다. 마치 수많은 일꾼들 중에서 가장 일을 잘하는 사람들을 선별하는 것과 같습니다. 그 결과, 이전보다 훨씬 많은 양의 NMN을 생산할 수 있는 '슈퍼 일꾼' 대장균을 찾아낸 것이죠.
이 기술은 단순히 NMN 생산량을 늘리는 것을 넘어, 앞으로 우리가 NMN이 포함된 건강기능식품이나 의약품을 더욱 쉽게 접할 수 있게 만들 잠재력을 가지고 있습니다. 또한, 미생물을 이용한 친환경적인 생산 방식이라는 점도 주목할 만합니다. 앞으로 NMN 시장이 더욱 확대되고, 이를 통해 우리의 건강과 삶의 질 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대됩니다. 다만, 미생물 발효를 통해 생산된 NMN의 안전성과 효능에 대한 추가적인 임상 연구가 뒷받과되어야 할 것입니다.