서명지 교수

인천대학교(총장 이인재)는 생명공학부 서명지 교수 연구팀이 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum)을 정밀 대사공학으로 재설계해 고부가가치 C30 카로티노이드 소재인 4,4ʹ-디아포뉴로스포렌(4,4ʹ-Diaponeurosporene; 4,4ʹ-DIA)을 세계 최고 수준으로 생산할 수 있게 되었다고 밝혔다.

4,4ʹ-디아포뉴로스포렌은 희귀 C30 카로티노이드 계열 소재 중 하나로서 노란색의 천연 색소로 알려져 있다. 특히 활성 산소를 제거하는 능력이 뛰어나 산화 스트레스로부터 세포를 보호하는 항산화 효과가 뛰어나며, 항암 및 면역 증강, 염증성 장질환 완화, 가축 면역력 증강과 같은 기능성도 가지고 있어서 건강기능식품 및 의약품, 화장품, 가축 사료 소재로 주목을 받고 있다.

기존에 널리 알려져 있는 라이코펜(Lycopene) 및 베타-카로틴(beta-carotene) 등과 같은 C40 카로티노이드 소재는 현재 상업화가 상당히 진행되어 있으나, 4,4ʹ-디아포뉴로스포렌과 같은 C30 카로티노이드는 현재까지 대량생산이 불가능하여 상업화가 이루어지지 않은 소재였다. 

서명지 교수 연구팀은 합성생물학 및 대사공학, 조합생합성 기술을 이용하여 4,4ʹ-디아포뉴로스포렌을 고효율로 생산할 수 있는 정밀 코리네박테리움 글루타미쿰 정밀 미생물을 설계하고, 유가식 발효(Fed-batch fermentation)를 통해 656.3 mg/L (21.9 mg/L/h) 수준의 4,4ʹ-디아포뉴로스포렌을 생산하는데 성공하였다. 이는 기존 재조합 대장균(Escherichia coli) 시스템을 통한 생산성 대비 160배, 그리고 재조합 고초균(Bacillus subtilis) 대비 70배 이상의 생산 수준으로서, 세계 최고 수준의 4,4ʹ-디아포뉴로스포렌을 생산할 수 있는 정밀 미생물 및 발효 시스템을 구축하였다.

연구를 이끈 인천대학교 생명공학부 서명지 교수는 “이번 연구는 세계 최고 수준으로 4,4ʹ-디아포뉴로스포렌을 생산할 수 있는 정밀 미생물 시스템을 구축하였다는 점에서 그 의미가 매우 크다”고 밝혔다. 또한 서명지 교수는 “현재 연구실에서 진행하고 있는 또 다른 바이오 소재, 특히 C50 카로티노이드인 박테리오루베인(Bacterioruberin) 및 1-데옥시노지리마이신(1-Deoxynojirimycin) 역시 정밀 미생물 설계 및 발효를 통해 대량생산을 유도하고 상업화가 가능하게 하는 것이 목표”라고 말하면서, “지속가능한 방식으로 값비싼 고부가가치 소재를 안전하고 값싼 미생물을 활용해 대량생산하는 방식이 앞으로 우리가 추구해 나아가야 할 바이오 소재의 최적 생산 방법이라고 생각한다”고 다시 한번 강조하였다.

해당 연구 결과는 황치영 박사(인천대학교 생명나노바이오공학과, 현재 미네소타대학 박사후연구원)과 조의상 박사(국립호남생물자원관 전임연구원)이 공동 제1저자로 참여하고, 김성보 교수(연세대학교)가 공동저자로 참여하였으며, 국제 학술지인 Journal of Biological Engineering (2024 JCR 상위 5.8%)에 게재되었다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 2022년도 기본연구 사업의 ‘조합생합성 및 최적 코리네박테리움 글루타미쿰 시스템 기반 희귀 C30 카로티노이드 천연색소 생산 공정 개발(RS-2022-NR072558)’, 2025년도 중견연구 사업의 ‘정밀발효 기반 코리네박테리움 글루타미쿰 시스템 재설계를 통한 근감소 완화 C50 카로티노이드 식의약 소재 개발(RS-2025-00554776)’, 2025년도 개척연구 사업의 ‘신규 폴리아마이드 바이오 플라스틱 소재 개발을 위한 코리네박테리움 글루타미쿰 기반 차세대 글루카르산 생산 미생물 플랫폼 구축(RS-2025-16067759)’, 그리고 교육부가 지원하는 2024년도 학문후속세대지원사업(박사과정생연구장려금지원)의 ‘기능성 식품 소재로서 수용성 C30 카로티노이드 대량 생산을 위한 코리네박테리움 글루타미쿰 균주 개발(RS-2024-00406342)’의 지원을 받아 수행되었다.

논문 정보:https://doi.org/10.1186/s13036-026-00674-5

코리네박테리움 글루타미쿰 정밀 미생물 설계 및 발효를 통한 고부가 항산화 소재인 4,4′-디아포뉴로스포렌 생산 과정의 모식도