탁 트인 바다에서 끊임없이 내리쬐는 햇빛을 받는 물고기는 어떻게 피부가 타지 않고 살아남을까? 해답 중 하나가 물고기알 등에 들어 있는 천연 자외선 차단 성분 ‘가두솔'(gadusol)이다.
대장균의 유전자를 조작하고 배양해 가두솔을 대량 생산하는 기술이 개발됐다.
중국 장난대학 핑 장 연구팀은 과학 저널 트렌드 인 바이오테크놀로지(Trends in Biotechnology)에서 제브라피시(zebrafish)의 가두솔 생합성 경로를 대장균(Escherichia coli)에 재구성하고 유전자 조절과 배양 공정을 최적화해 가두솔을 대량 생산하는 데 성공했다고 최근 밝혔다.
장 연구원은 가두솔 생산량을 초기 리터당 45.2㎎에서 4.2ｇ으로 93배 높였다면서 “이 같은 실험실 생산량은 매우 고무적이며, 이는 향후 천연 자외선 차단 성분 수요를 미생물 생산방식으로 충족할 가능성을 보여준다”고 말했다.
가두솔은 물고기알과 산호초 해양 생물 등에 존재하는 사이클로헥세논(cyclohexenone) 계열 화합물로 강한 자외선 흡수 능력과 항산화 활성이 있다. 특히 파장 296㎚ 내외 자외선을 강하게 흡수해 해양 생물의 배아와 산호를 보호한다.
연구팀은 그동안 가두솔은 주로 물고기알이나 조직에서 추출해왔는데 수율이 낮고 비용이 많이 들어 산업적 활용에 한계가 있었다고 지적했다. 기존 어류 유래 추출 방식 생산량은 리터당 245㎎ 수준이었다.
장 연구원은 “가두솔은 자외선 손상으로부터 생물을 보호하지만, 자연계에 존재하는 양이 적고 추출 효율도 낮아 환경적 비용이 발생할 수 있다”며 “가두솔을 더 친환경적으로 대량 생산하는 방법을 찾고자 했다”고 말했다.
연구팀은 제브라피시 유래 효소 유전자(EEVS와 MT-OX)를 대장균에 도입해 가두솔 생합성 경로를 구축한 뒤, 소형 RNA(sRNA) 기반 대사 조절과 핵심 효소 개량, 보조인자 공급 최적화 등을 통해 생산량을 단계적으로 끌어올렸다.
초기 가두솔 생산량은 리터당 45.2㎎이었으나 소형 RNA 기반 대사 조절 등을 통해 리터당 965㎎까지 높였고, 영양분을 단계적으로 공급하는 5ℓ 규모 유가식 배양공정을 통해 리터당 4.2ｇ까지 생산량을 증가시켰다.
연구팀은 생산 속도는 시간당 리터당 0.26ｇ, 최종 회수율은 85%였다며 리터당 4.2ｇ은 초기 생산량보다 93배 높은 수준으로 이는 기존 어류 추출 방식보다 훨씬 높은 수율이라고 설명했다.
생산된 가두솔은 실험에서 1ｇ(4.9m㏖)이 비타민C 0.8ｇ(4.5m㏖)과 비슷한 항산화 능력을 보였고, 자외선 차단 시험 카드 실험에서도 가두솔은 농도 0.1ｇ/ℓ만으로도 뚜렷한 자외선 차단 효과가 있는 것으로 확인됐다.
연구팀은 현재 널리 쓰이는 무기 자외선 차단 성분 산화아연(ZnO)과 이산화티타늄(TiO₂)은 피부 침투 및 산화 스트레스 가능성 등이 제기돼 왔지만 천연물질인 가두솔은 인체와 환경 측면에서 더 안전한 대안이 될 수 있다고 밝혔다.
장 연구원은 “응용 가능성이 있는 저분자 화합물은 기존 천연 추출 방식에만 의존할 필요가 없다”며 “미생물 세포 공장은 실험실 발견을 실제 산업 활용으로 연결하는 더 친환경적이고 지속 가능한 방법이 될 수 있다”고 말했다./한의타임즈 기사제휴지 e-헬스통신
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