농촌진흥청(청장 권재한)은 생명과학 기술에 공학적 설계를 결합한 합성생물학 기술을 담뱃잎에 적용해 혈관 강화제 ‘디오스민’과 항산화 소재 ‘크리소에리올’을 생산하는 데 성공했다.

합성생물학 기술을 담뱃잎에 적용해 생체중량 1그램당 38마이크로그램(㎍)의 디오스민과 건조중량 1그램당 70마이크로그램의 크리소에리올을 생산하는 기반 기술을 구현한 것은 세계 최초다.

  담배(Nicotiana benthamiana)                                              담뱃잎 유전자 도입 방법

합성생물학은 생물의 대사 시스템을 공장의 공정처럼 설정하고 블록처럼 유전자를 필요에 맞게 재설계, 조립해 원하는 물질을 생산하거나 생산량을 조절할 수 있다.

연구진은 대사경로 재설계와 다중 유전자 조립이라는 합성생물학 기술을 적용해 담배(Nicotiana benthamiana)의 잎에서 디오스민과 크리소에리올을 생산할 수 있음을 확인했다.

디오스민은 감귤류 추출 헤스페리딘으로부터 반합성 기술로 생산하는 식물 유래 플라보노이드. 혈관 강화제로 치질이나 하지정맥류 치료에 활용하며 전량 수입에 의존한다. 크리소에리올은 항산화, 항염, 항암 등 인체 유용 생리활성 물질이다.

또한, 대사경로를 재구성해 디오스민 생합성에는 10개의 유전자 조합이 필요하며, 크리소에리올 대사경로 구성에는 기존 8개 유전자 중 5개만 있어도 가능하다는 사실을 밝혀냈다.

연구진은 아그로박테리움법을 이용해 재구성한 디오스민과 크리소에리올 대사경로를 담뱃잎에 일시적으로 발현시켜 디오스민과 크리소에리올을 생산했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 Frontiers in Plant Science(IF 5.6)에 논문으로 게재됐으며, 재설계한 대사경로를 포함한 디오스민, 크리소에리올 생산 방법은 각각 특허출원했다.

한편, 항산화, 항암, 항염증 등 다양한 생리활성을 지닌 식물의 이차대사물질은 식·의약 소재로 가치가 매우 높다. 그러나 화학적으로 합성하는 기존 방식은 시간과 비용이 많이 들거나 합성 과정에서 환경에 미치는 영향이 커 이를 해결하기 위한 지속 가능한 생산 방법 도입이 필요하다.

농촌진흥청 생물소재공학과 이시철 과장은 “식물 합성생물학 분야의 원천기술을 확보했을 뿐만 아니라 해당 기술로 생산까지 성공했다는 데 큰 의의가 있다.”며, “이번 기술 개발로 국내 바이오산업계를 기술적으로 뒷받침할 수 있을 것으로 기대한다.”고 말했다.

(농업환경뉴스 = 윤준희 기자)