<사진. 미세조류 스테롤 합성 루트 및 포유동물, 고등식물과 효모와의 연계와 구별 표시도
출처. KISTI 미리안 글로벌동향브리핑>

미세조류 스테로이드 화합물 합성 메커니즘 연구

스테로이드(steroids) 화합물은 진핵생물(Eukaryotes) 속에 폭넓게 분포되어 있다. 하지만 미세조류(Microalgae) 속에서의 대사 루트와 생리 역할에 대해 과학자들은 아직 깊이 이해를 하지 못하고 있는 상황이다.

중국과학원 칭다오(靑島) 생물 에너지 및 과정(過程) 연구소 산하 `단세포 연구센터` 연구팀은 웨스턴오스트레일리아대학교(University of Western Australia) 오스트레일리아 연구위원회 `우수의 식물 에너지 생리 센터(ARC Centre of Excellence, Plant Energy Biology)` 연구팀과 공동 연구를 실행하여 해양 마이크로 볼 조류(Nannochloropsis oceanica) 속에서 독특한 스테롤(Sterol) 합성 루트를 발견하였으며 세계 최초로 오일을 생산할 수 있는 미세조류 속에서 스테롤을 합성할 수 있는 루트와 합성 오일(Synthetic oil) 루트 관련 메커니즘을 제시하는데 성공하였다.

연구팀의 관련 연구 성과는 지난 6월 1일 온라인으로 Biotechnology for Biofuels 학술지에 게재되었다(Lu, et al, Biotech Biofuels, 2014).

미세조류는 일종 해양 속에 폭넓게 분포되어 있을 뿐만 아니라 세계 각 지역에서 모두 대규모로 육성할 수 있는 생산성이 높은 오일 조류에 속한다. 중국과학원 칭다오(靑島) 생물 에너지 및 과정(過程) 연구소 산하 `단세포 연구센터` 루옌두(路延篤) 연구원은 웨스턴오스트레일리아대학교(University of Western Australia) 저원쉬(周文序) 박사와 공동 연구를 실행하고 비교 유전체학과 대사체학 분석 수단을 이용하여 미세조류 속에 존재하는 일종의 고등식물, 효모와 녹색 조류(예를 들면 클라미도모나스 녹조류) 등은 모두 스테롤 합성과 뚜렷이 차별화되는 합성 루트를 보유하고 있는 동시에 포유동물과 고등식물 특징을 보유하고 있다는 점을 발견하였다.

연구팀은 이번 연구를 통해 미세조류 속에는 풍부한 콜레스테롤을 대량 함유(스테롤 총량의 ~70%를 차지함. 고등식물 속에는 콜레스테롤이 1%~5%만 차지하고 있는 상황임)하고, 다양한 동물 특징을 나타내는 콜레스테롤 합성 핵심 효소(예를 들면 24-탈 수소 콜레스테롤 환원 효소 등)를 보유하고 있는 등 동물 스테롤 합성 루트의 부분적인 특징을 보유하고 있는 동시에 포유동물과는 달리 부분적인 식물 스테롤을 함유하고 있다는 점을 발견하였다.

연구팀은 화학 생물학 및 전사 그룹 등 수단을 통해 스테롤은 미세조류의 성장, 광합성 작용, 엽록체 생성과 협박 응답 등 핵심 과정에 참여하고 있지만 스테롤 화합물은 1-탈산 나무 케토오스-5-인산합성효소(1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate synthase，DXS)를 통해 자체 합성에 대한 피드백 조절을 실행하고 있다는 점을 입증하였다.

연구팀은 이번 연구를 통해 스테롤 대사와 지방산 합성 사이에는 협동 역할 메커니즘이 존재하며 스테롤 합성에 대한 억제를 통해 세포 내 지방산 함유량을 뚜렷이 향상시킨다는 점을 발견하였다. 연구팀은 전(前) 단계 연구를 통해 제시한 질소가 부족한 조건 하에서의 미세조류 합성 유지 과정의 대사 네트워크(Li, et al, Plant Cell, 2014)를 기반으로 하고 이번 연구를 통해 스테롤 의존형 유지 합성 조정 제어 루트를 제시하였다. 이번 연구 성과는 생산성이 높은 오일 조류의 유전자 공정 실행을 위해 혁신적인 아이디어를 제공하였다.

이번 연구는 국가과학기술부의 ‘합성 생물학’ 분야 ‘중대 기초과학 연구 프로젝트(973 계획)’ 비용 및 중국과학원의 ‘에너지 미세조류 바이오 제련 혁신 연구 국제 협력 프로젝트’ 비용 지원을 받아 추진되었다. 이번 연구는 중국과학원 칭다오(靑島) 생물 에너지 및 과정(過程) 연구소 산하 `단세포 연구센터` 쉬젠(徐健) 연구원과 웨스턴오스트레일리아대학교(University of Western Australia) 오스트레일리아 연구위원회 `우수의 식물 에너지 생리 센터(ARC Centre of Excellence, Plant Energy Biology)` Steven Smith 교수 주도 하에 완성되었다.

연구팀의 관련 논문 정보는 다음과 같다. Regulation of the cholesterol biosynthetic pathway and its integration with fatty acid biosynthesis in the oleaginous microalga Nannochloropsis oceanica, Biotechnology for Biofuels 2014, 7:81. doi:10.1186/1754-6834-7-81 .

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