[R&D르네상스] 바이오촉매 기술을 통한 의약용 D-트레오닌 생산 기술 개발

국내 연구진이 고순도 의약용 D-트레오닌을 대량 생산하는 인공 효소 및 반응공정 신기술을 개발하였다. 해당 연구진은 저온 생육이 가능한 해양 유래 미생물에서 저온에서도 높은 활성을 나타내는 D-트레오닌 합성효소를 발굴하고, 저가의 원료 물질인 글리신(glycine)과 아세트알데히드(acetaldehyde)로 고순도 D-트레오닌(threonine)을 제조하였다. 본 기술은 항생제 의약품 원료 등에도 사용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.

한국생명공학연구원(원장 김장성, 이하 생명硏) 합성생물학전문연구단 이승구․염수진(現 전남대 생명과학기술학부)박사팀과 경북대학교 생명과학부 김경진 교수팀은 해당 효소의 발굴, 구조 규명, 입체특이성 개량, 반응공정 구축을 공동 진행하여 D-트레오닌을 고순도로 대량 생산(99%, >50g/L)하였다.

이 연구는 한국연구재단의 C1 가스 리파이너리 사업, 기초연구사업, 한국생명공학연구원 합성생물학전문연구단 사업으로 수행되었고, 촉매분야의 저명 저널인 미국화학회 전문학술지 (ACS catalysis, IF=12.35) 5월 28일 자 온라인판에 게재(교신저자: 김경진/이승구/염수진 교수, 제1저자: 박성현 UST 석박통합과정, 서호균 포항 가속기 연구소 Post Doc)되었다. 한국생명공학연구원은 D-트레오닌의 입체특이적 생산방법에 대한 특허를 ㈜엠에이치투바이오케미칼에 기술이전을 하였으며 연내 시제품 개발을 추진하고 있다.

해당 연구는 고순도 항생제 원료의 경제적 생산을 위한 신규 D-트레오닌 합성효소를 개발할 목적으로 시작되었다.

기존 화학적 방법으로는 입체특이적 합성이 어려우며, 자연에서 D-트레오닌 합성효소들이 발견되지만 역시 이성질체 부산물을 생성하는 문제가 있었다. 생명(연)-경북대-전남대 공동연구팀은 자연 효소의 핵심 활성부위 구조를 규명하고 단백질공학 연구를 통해 99.9%의 고순도로 D-트레오닌을 합성하는 신규 인공효소를 개발하였다.

또한 생명(연) 연구팀은 개량된 효소를 적용한 유가식 반응기를 개발하고 불안정한 기질을 연속 주입하여 6시간 내에 50g/L 이상의 D-트레오닌을 고순도로 생산하는 데 성공하였다. 이 효소는 유사 구조의 다양한 의약품 원료의 입체특이적 생산에 적용될 수 있을 것이다.

생명연 합성생물학전문연구단 이승구 단장은 “인공 효소를 이용한 의약품원료의 친환경 고순도 합성은 화이트 바이오텍(white biotechnology)으로 지칭되며 지속 가능한 정밀화학 및 제약산업을 위한 핵심 이슈이다.”며, “본 연구는 구조기반의 인공 효소개발 및 반응공정 연구가 의약 및 화학산업의 고도화에 기여할 수 있음을 보여주는 사례이며, 향후 합성생물학 발전에 따라서 효소를 이용한 고부가가치 물질 합성이 더욱 가속화될 것으로 기대된다.”고 밝혔다.