건국대학교 “생전환 신소재 연구실” (양영헌 교수)

연구실 개요

생전환 신소재 연구실 (Biomaterias & Biotransformation Laboratory)에서는 1세부 C1 바이오촉매 총괄과제인 경희대학교의 C1 바이오 전환관련 원천 효소 및 균주 개발과제의 참여 기관으로서 메탄자화균의 PHB 생산성 향상을 위한 PHB 관련 유전자 적용 연구를 진행하고 있다. 메탄자화균의 Polyhydroxyalkanoate (PHA) 생산성 향상을 위하여 다양한 균주 유래의 granule-associate proteins (phasin)과 PHA 생합성 유전자들을 적용하고 있으며, 이를 위하여 PHA 생산 균주인 Ralstonia나 Escherichia에서 그 성능을 확인하고 효과를 검증한 후 메탄자화균에 도입할 수 있도록 협력하는 연구를 진행 중이다. 본 연구실은 2010년 건국대에서 연구실을 시작한 이후 극지, 해양 등의 다양한 환경으로부터 PHA를 생산할 수 있는 균주들을 발굴하고, Characterization하고, 유전자 조작을 하여 다양한 carbon source를 활용하여 고생산할 수 있는 미생물을 만들거나 새로운 monomer를 생산하여 신규 PHA를 만들 수 있는 균주에 대한 연구를 진행하여 오고 있는 바(그림 1, 2), C1 과제의 PHB 생산과 관련한 여러 부분에서 기여할 수 있을 것으로 생각되며, 3단계부터 과제에 참여하게 되었다.

주요 연구내용 소개

phasin은 PHA 고분자 축적과 granule의 개수, size의 조절에 관여하고 있으며, 미생물의 growth-promoting 혹은 stress-protecting 등의 부가적인 기능을 갖고 있어 chaperone 같은 활성을 가지고 있다고 알려져 있는 바, 효과적인 phasin의 발굴과 도입을 통하여 생산성에 기여할 수 있다. 또한, Ralstonia나 Halomonas와 같은 고생산 PHA 생산 균주는 여러 개의 phasin을 가지고 있어 PHA 생산에 큰 영향을 주는 phasin을 잘 선택함으로써 PHA 생산 균주에 도입할 수 있는 전략을 통하여 메탄자화균의 PHA 생산성을 추가로 높일 수 있는 가능성이 상당하다.

1. Phasin screening 및 적용

PHA 고생산 균주인 Pseudomonas, Ralstonia, Halomonas등 유래 phasin을 Escherichia, Ralstonia에 적용하여 PHB granule, 분자량, 생산성 변화 관측을 진행하였고, (그림 3) 이러한 과정을 통하여 효과적인 phasin을 발굴하여 적용하였을 때 granule이 작지만 많은 양이 생산되는 것을 확인할 수 있었다.

2. PHB 생합성 유전자의 추가적인 도입에 따른 PHB 생산성, 분자량 연구

PHB 생합성에 들어가는 PhaA, PhaB, PhaC를 추가 증폭하여 PHB의 생산성, 분자량 등의 변화를 연구하고 있다. (그림 4) PHB의 분석을 위하여 fatty acid methyl ester (FAME)를 만들고, 이를 GC 혹은 GC-MS로 분석하여 확인하며, 이를 통하여 추가적인 생산 유전자의 도입으로 인한 변화들을 관측하고 있다. (그림 5) 또한, PHB의 물성 확인을 위한 대량 생산과 분자량의 측정을 위하여 발효기와 GPC 분석 등을 함께 실행하고 있다.

연구실 현황

생전환 신소재 연구실은 양영헌 교수님을 비롯하여 박사과정 학생 2명, 석사과정 학생 9명, 연구교수 1명, 연구원 1명으로 총 13명의 실원으로 구성되어 있다. 현재까지 SCI 급 논문 250 여건 게재, 특허출원/등록 30여건 등의 연구 실적을 올리고 있다. C1 과제를 포함하여 산업통상자원부, 과학기술정보통신부, 산림청 등으로부터 PHA와 관련한 지원을 받아 과제를 진행하고 있다.