포항공과대학 정규열교수 연구실

연구실 개요

포항공과대학교 화학공학과 분자진단 및 합성생물학 연구실 (Molecular Diagnosis and Synthetic Biology Lab.) 에서는 유전 질환과 병원체 분석을 위한 CE-SSCP 기반의 분자 진단 연구와 바이오 연료, 고부가가치 화합물 등을 효율적으로 생산할 수 있는 미생물 개발을 위한 합성 생물학 연구를 진행하고 있다. 특히 본 연구실은 C1 가스 리파이너리 사업단의 지원을 받아, 유전자 발현의 정량적 조절, 생체 센서 기반의 화합물 감지 기술 등을 적용하여 C1가스로부터 3-HP를 생산하기 위한 고성능 미생물 및 군집의 인공 진화 기술을 연구 하고 있다.

주요 연구 내용 소개

1. 유전자 발현 정밀 조절을 통한 고부가가치 화합물 생산 균주 개발

자연의 미생물을 고부가가치 화합물 생산에 최적화된 균주로 탈바꿈 하기 위해서는 미생물의 대사 회로의 정밀한 유전자 발현 조절을 필요로 한다. 전통적으로는 단순히 화합물 생산 경로의 유전자를 과발현(overexpression) 시키거나 부산물 생산 경로의 유전자를 삭제(knock out)하는 방법이 흔히 적용되어 왔지만, 이러한 방법만으로 효과적인 균주를 개발하기는 현실적으로 불가능하다. 목적 화합물의 생산을 최대화 하기 위해선 세포 성장과 화합물 생산이라는 양 갈래의 탄소 흐름을 최적화 하여야 하는데, 본 연구실에서는 핵심 유전자를 선정, 발현량을 정밀 조절함으로써 목적 화합물의 최대 생산 달성을 도모하고 있다. 특히 자체 개발한 합성 프로모터 및 UTR Designer 등의 합성생물학 도구를 활용하여 전사 및 번역 과정에서의 유전자 발현을 정밀하게 조절하고, 이를 바탕으로 3-HP, ALA, hexanoate 등의 다양한 고부가가치 화합물의 생산성을 극대화 함을 보고하였다. 이러한 연구는 기존 보고된 미생물 기반 화합물 생산성 한계를 극복하는데 크게 기여할 것으로 기대된다.

2. 화합물 감지 센서 기반 고생산 균주 스크리닝 및 인공 진화

생체 시스템의 복잡성으로 인하여 때로는 돌연변이를 일으킨 뒤, 그 중에서 생산성이 증가된 균주를 스크리닝 하는 전략이 사용된다. 하지만, 원하는 표현형이 대부분 대사 산물의 농도로 평가되기 때문에, 개별 돌연변이체가 각각 실험적으로 평가되어야 한다는 큰 장애물이 있다. 그러나, 기존의 HPLC, GC 등과 같은 방법들은 라이브러리 공간을 평가하는데 시간 소모적이고 노동 집약적이기 때문에 스크리닝에 적합하지 않다. 따라서, 대사 산물의 농도를 감지하여 형광 혹은 항생제 저항성 등의 형질로 바꿔주는 생체 센서가 고처리능 스크리닝에 매우 중요한 전략이다. 본 연구실에서는 목적 화합물에 반응하는 리보스위치 혹은 전사 인자를 이용하여 라이신, 트립토판, 3-HP 등을 감지할 수 있는 생체 센서를 개발하였다. 또한 이를 이용하여 돌연변이가 포함된 라이브러리로부터 목적 화합물을 고생산하는 변이체를 효과적으로 선별할 수 있음을 보고한 바 있다.

3. 센서 기반 스크리닝 및 인공 진화

연구실현황