세포 내 연쇄반응인 생합성 대사경로를 이용, 인공적으로 합성한 체인형식의 효소 연쇄반응 공정을 통해 바이오연료 및 다양한 소재 생산효율을 극대화하는 기술

분리정제가 필요 없는 다중효소반응에 의한 생산 공정의 효율성과 생산성을 획기적으로 향상하는데 기여

향후 5년 : ~2023년 :다양한 합성효소체인 기술 개발

향후 10년 : ~2028년 :산업현장의 생산 공정에 적용하여 효율성 및 생산성 향상의 가시적 실현

1) 스캐폴드 단백질(protein scafold) 엔지니어링 기술

- 스캐폴드 단백질은 생체 내에서 다수의 단백질과 결합 또는 상호작용을 통해 단백질복합체를 형성하도록 유도

- 다수의 효소단백질이 기질 채널링이 가능하도록 엔지니어링하여 인공효소체인을 유도하는 기술

2) 유전자 발현기술

- 다수의 효소단백질이 체인을 형성하기 위해 스캐폴드단백질과 효소단백질들이 같은 비율로 발현되어 다중효소중합체(multi-enzyme cascade)가 형성되도록 유도하기 위한 정교한 유전자 발현기술 필요

- 기존의 다양한 유전자 발현기술을 종합하고 개선하여 even expression이 가능한 기술

3) 게놈엔지니어링 기술

- 대사산물에 따른 숙주세포의 유전적 백그라운드를 최적화하기 위한 게놈에디팅 기술

- 생산환경에 따른 숙주세포의 선택과 개량이 가능한 기술

현재 대사공학적 접근을 통해 달성될 수 있는 대사산물 생산공정의 생산성의 증대가 한계에 다다르고 있어 혁신적인 기술의 개발 필요 - 기업의 경쟁력제고를 위한 효율성과 생산성 증대에 대한 니즈 지속적 발생

합성단백질구조체 (synthetic protein scaffold)를 활용한 합성효소 메타볼론 형성

- 3개의 연속반응효소 합성단백질구조체를 활용하여 세포 내에 연속적으로 고정화시킴으로서 대사산물의 최종 농도를 77배 향상, 생산성 증가

* Nat. Biotech. 27(8), 753-759(2009), UC Berkeley(미국))

- (미국) 다중효소의 분리정제와 효소복합체를 동시에 해결할 수 있도록 초기 반응속도 48배·38배 증가한 합성 스캐폴드단백질 사례 제시

* ACS Synth. Biol. 2013, 2, 102−110, Virginia Tech

세포내 봉합체(inclusion body)를 활용한 다중효소복합체 형성

- 다중효소반응계의 대사과정을 세포내 봉합체에 집중될 수 있는 효소체인을 인공적으로 구축하여 1-butanol 생산성 7.9배 향상

* Met. Eng. 40 (2017) 41–49, 한국생명공학연구원

현재 글로벌 산업용 효소 시장 규모는 약 42억 달러(약 4.6조 원) 규모이며, 연평균 5.6% 성장할 것으로 전망 * 출처 : 이코노믹리뷰, 4차산업의 꽃 ‘효소’ 잠재 시장 무궁무진, 2016산업용 효소시장은 영업 중인 20~30 여개 사 중 상위 3개 사가 시장의 74%를 장악하고 있기 때문에, 생산공정에 활용될 수 있는 효소를 개발할 시 경쟁우위 확보 가능 * 출처 : 바로투자증권, 제노포커스, 2017

개념정립단계를 지나 원천기술 개발과 활용촉진단계로 진화 중 - 이론적으로 기질채널링효과가 있을 것으로 추측하거나 계산적으로 가능성이 있다고 주장 - 생산성과 효율성이 크게 증가한 사례보고가 급속히 증가

산업현장에 적용하기 위한 혁신적 기술개발이 필요 - 대부분 대사산물의 산업적 생산*은 특정 생합성 대사경로를 활용하기 때문에 인공효소체인 기술의 산업적 적용은 기업의 경쟁력 확보에 매우 중요 * 아미노산, 비티민, 카로티노이드 등

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