박테리아에 '자동 타이머' 유전자 심었더니…화학물질 생산 27%↑

중국 연구진이 박테리아를 이용한 유용 화학물질 생산 효율을 크게 높이는 유전자 회로 기술을 개발했다.

26일(현지시간) 중국 산둥대학교 취안펑 량, 칭성 치 교수 연구팀은 박테리아의 성장 상태에 따라 자동으로 작동하는 유전자 조절 시스템을 개발했다고 밝혔다. 이 연구 결과는 국제학술지 '엔지니어링 마이크로바이올로지'에 게재됐다.

연구팀이 개발한 시스템은 박테리아의 자연적인 신호를 이용해 3단계에 걸쳐 순차적으로 유전자 스위치를 켜는 '자동 타이머'처럼 작동한다. 외부에서 특정 화학물질을 투입할 필요가 없는 것이 특징이다.

연구팀은 이 시스템을 대장균에 적용해 '3-하이드록시프로피온산'(3-HP)을 생산하는 실험을 진행했다. 그 결과, 3-HP 생산량이 기존 방식보다 27% 증가한 리터당 7.0g을 기록했다.

이 과정에서 첫 번째 스위치는 원료를 소모하는 불필요한 대사 경로를 차단한다. 이어 두 번째 스위치가 3-HP 생산 라인을 가동하고, 세 번째 스위치가 또 다른 경쟁 경로를 막아 생산 효율을 극대화한다.

연구팀은 이 기술을 적용했을 때 박테리아의 성장률이 향상되고 당분 소모량은 줄어드는 효과도 확인했다. 량 교수는 "박테리아 자체의 상태에 따라 시스템이 작동하므로, 목표 생산 물질에 해당하는 유전자만 교체하면 다른 화학물질 생산에도 쉽게 적용할 수 있다"고 설명했다.

다만 연구팀은 스위치 수가 많다고 항상 좋은 결과로 이어지는 것은 아니라고 덧붙였다. 스위치가 2개인 시스템을 적용했을 때는 오히려 박테리아 성장과 생산량이 감소했다. 치 교수는 "대사 조절은 복잡해 신중한 최적화가 필요하다"고 말했다.