석유 화합물 기반 합성색소 대체할 일곱빛깔의 천연 무지개 색소 생산
[대학저널 오혜민 기자] KAIST(한국과학기술원, 총장 이광형)는 이상엽 특훈교수 연구팀이 `일곱 빛깔의 천연 무지개 색소를 생산하는 미생물 균주 개발'에 성공했다고 8일 밝혔다.
이번 연구결과는 국제 학술지인 `어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'에 5월 25일자 온라인 출판됐으며 표지논문으로 선정됐다.
일상에서 활용되고 있는 각종 색소는 식품과 같이 섭취되거나 화장품과 같이 피부에 흡수되기 때문에 건강과 밀접한 관계를 갖는다.
하지만 색소 중 대부분은 석유 화합물로부터 생산되는 합성색소이며, 색소의 사용이 실생활에 활용되는 만큼 건강에 악영향을 미칠 수 있다. 또 합성색소를 이용해 각종 옷감을 염색하면서 발생하는 폐수가 전체 산업용 폐수의 17~20%를 차지한다는 보고가 있을 정도로 합성색소는 수질오염에도 영향을 미치고 있다.
이러한 건강문제 및 환경오염 문제를 해결하기 위해 미생물을 이용해 천연색소를 생산해야 한다는 필요성이 제기됐으나 값비싼 생산공정 및 낮은 수율로 인해 산업화가 실현되기 어려운 상황이었다. 또 현재까지 빨강, 주황, 노랑, 파랑, 보라 등의 천연색소는 낮은 효율로 생산된 바 있으나 초록 및 남색 천연색소 생산은 보고된 바가 없었다.
이에 KAIST 이상엽 특훈교수 연구팀은 농촌진흥청이 지원하는 농업미생물사업단(단장 장판식)의 ‘카로티노이드 생산 미생물 세포공장 개발’ 과제(과제책임자 국립농업과학원 김수진 박사)의 지원을 받아 효율적인 빨강, 주황, 노랑 3색의 카로테노이드 생산과 이를 확장한 7가지 무지개색을 모두 생산할 수 있는 기술 개발에 성공했다.
다양한 특성의 천연색소 중 연구팀은 지용성 식품과 의류 염색 등에 활용되는 소수성 천연색소에 주목했다. 연구팀은 미생물의 대사회로를 조작하는 기술인 대사공학을 이용해 카로티노이드 계열 색소인 ▲아스타잔틴(빨강) ▲베타-카로틴(주황) ▲제아잔틴(노랑)과 비올라세인 유도체 계열 색소인 ▲프로비올라세인(초록) ▲프로디옥시비올라세인(파랑) ▲비올라세인(남색) ▲디옥시비올라세인(보라)을 생산하는 대장균들을 개발했다.
연구팀은 또 미생물 세포의 모양을 변화시키거나 세포 내 소낭을 형성해 미생물 내부의 소수성 천연색소 축적량을 증가시키고자 했으며, 색소 생산량을 증가시키기 위해 세포 외 소낭을 형성, 미생물 밖으로 소수성 천연색소를 분비해 무지개 색소를 고효율 생산하는데도 성공했다.
연구에 참여한 양동수 박사는 “석유화합물 기반의 합성색소를 대체할 수 있는 일곱 빛깔의 천연 무지개 색소를 세계 최초로 생산했고, 특히 색소를 비롯한 천연물을 고효율로 생산할 수 있는 범용 대사공학적 전략을 개발했다는 점에서 의의가 있다”며 “이번 기술을 활용해 색소뿐 아니라 의약품, 영양보조제 등 다양한 친환경물질을 고효율 생산할 수 있을 것”이라고 전했다.
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