L-히스티딘 대량생산 길 열려…中 연구팀, '대장균 공장' 개발

중국 연구진이 고부가가치 아미노산인 L-히스티딘을 고효율로 생산하는 '대장균 세포 공장'을 개발했다.

중국 장난대학교 징 우 교수 연구팀은 유전자를 조작한 대장균을 통해 L-히스티딘을 대량 생산하는 데 성공했다고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '악타 마이크로바이올로지카 시니카'(Acta Microbiologica Sinica)에 게재됐다.

L-히스티딘은 제약, 식품, 사료 첨가물 산업에 널리 사용되는 아미노산이다. 그러나 기존 발효 생산 방식은 낮은 생산 효율, 전구체 공급 부족, 부산물 축적 등의 문제로 한계가 있었다.

연구팀은 4단계 공학 전략을 통해 이러한 문제들을 해결했다. 연구팀은 대장균의 유전자를 체계적으로 재설계해 L-히스티딘 생합성 경로를 강화하고 전구체 공급을 늘렸다. 동시에 포름산염, 아세트산염과 같은 유기산 부산물 생성을 억제했다.

최적화된 발효 조건에서 새롭게 개발된 대장균 균주(E. coli H25)는 5리터 발효기에서 리터당 34.84g의 L-히스티딘을 생산했다. 이는 기존 균주(H10) 대비 생산량이 약 127% 증가한 수치다. 생산 수율은 그램당 0.13g, 생산성은 시간당 리터당 0.73g을 기록했다.

부산물인 포름산염과 아세트산염은 각각 리터당 0.2g, 0.3g 수준으로 크게 줄어 탄소 손실을 현저히 낮췄다. 연구팀은 공정 최적화를 통해 핵심 유전자 발현을 높이고 에너지 상태, 산화환원 균형, 질소 전구체 공급을 개선해 효율적인 L-히스티딘 축적 환경을 만들었다고 설명했다.

징 우 교수는 "L-히스티딘은 인체 건강과 영양에 필수적인 아미노산"이라며 "이번 연구를 통해 이 고부가가치 아미노산을 보다 효율적이고 친환경적으로 생산할 수 있는 길을 제공하고자 했다"고 말했다.

연구팀은 향후 추가 연구를 통해 생산 수율과 공정 안정성을 더욱 높여 L-히스티딘의 산업적 생합성을 위한 실용적이고 지속 가능한 경로를 제공할 계획이다.