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: 바이오공정 효소생산기술 효소전환반응
염수진

신규 D-트레오닌 생산 효소 및 이를 이용한 D-트레오닌의 생산 방법

특허번호: 10-2207688

기술완성도

3/9

기술완성도

TRL09

사업화

  • 본격적인 양산 및 사업화 단계
TRL08

시작품 인증/ 표준화

  • 일부 시제품의 인증 및 인허가 취득 단계
    - 조선 기자재의 경우 선급기관 인증, 의약품의 경우 식약청의 품목 허가 등
TRL07

Pilot 단계 시작품 신뢰성 평가

  • 시작품의 신뢰성 평가
  • 실제 환경(수요기업)에서 성능 검증이 이루어지는 단계
TRL06

Pilot 단계 시작품 성능 평가

  • 경제성(생산성)을 고려한, 파일로트 규모의 시작품 제작 및 평가
  • 시작품 성능평가
TRL05

시제품 제작/ 성능평가

  • 개발한 부품/시스템의 시작품(Prototype) 제작 및 성능 평가
  • 경제성(생산성)을 고려하지 않고, 우수한 시작품을 1개~수개 미만으로 개발
TRL04

연구실 규모의 부품/
시스템 성능평가

  • 연구실 규모의 부품/시스템 성능 평가가 완료된 단계
  • 실용화를 위한 핵심요소기술 확보
TRL03

연구실 규모의 성능 검증

  • 연구실/실험실 규모의 환경에서 기본 성능이 검증될 수 있는 단계
  • 개발하려는 시스템/부품의 기본 설계도면을 확보하는 단계
  • 모델링/설계기술 확보
TRL02

실용 목적의 아이디어/
특허 등 개념 정립

  • 실용 목적의 아이디어, 특허 등 개념 정립
TRL01

기초 이론/ 실험

  • 연구과제 탐색 및 기회 발굴 단계

기술 개요

D-트레오닌(D-Threonine)과 D-알로-트레오닌(D-allo-Threonine)은 항생제, 살충제 등과 같은 화합물 합성에서 전구체로 이용된다. 이러한 산업적인 유용성으로 인하여 D-트레오닌의 합성 및 생산을 목적으로 연구개발이 지속되고 있지만 화학적 합성 방법은 다중 프로세스방법 및 심각한 환경오염을 초래하고, 아미노산 생산에서 중요하게 생각되는 광학이성질화 과정에서 chirality를 조절할 수 없는 단점이 있다. 하지만, 효소/미생물을 이용한 합성 방법은 프로세스를 한단계 혹은 두단계로 줄일수 있고, 광학이성질화의 chirality 를 조절 할 수 있다. 따라서, 산업분야에서는 효소를 이용한 D-트레오닌 혹은 D-알로트레오닌 합성 및 생산에 주목하고 있다. 현재까지 밝혀진 이 D-트레오닌 합성 효소는 글리신, 아세트알데히드 두기질을 이용하여 D-트레오닌과 D-알로-트레오닌을 모두 생산하지만, 그 활성 및 생산량 또한 매우 적다. 이처럼 종래 연구·개발된 기술에 의해 미생물에서 얻어지는 D-트레오닌의 양은 상업적으로 이용하기에는 불충분하다는 점에서, 활성이 우수한 신규 D-트레오닌 합성 효소를 발굴하는 연구·개발이 여전히 필요한 실정이다.

기술개발배경

자연계에 존재하는 아미노산들은 대부분 광학활성을 나타내는 알파탄소를 가지고 있으며 입체특이성에 따라 L아미노산과 D-아미노산으로 나뉜다. 자연계에 존재하는 대부분의 단백질은 L-아미노산으로 구성되어 있으나, 예 외적으로 미생물의 펩티도글리칸이나 펩티드계 항생물질의 구성성분 및 고등식물의 생리활성물질의 구성성분 등 은 D-아미노산으로 구성되어 있다.
현재까지의 연구에 의하면, 상기와 같은 D-아미노산 중에서도 D-트레오닌은 신경전달물질, 백신, 합성감미료, 항생제 및 호르몬 등의 생리활성물질을 합성하는 중간물질 또는 전구체로서 식품과 의약분야에서 널리 이용되고 있으며, 이에 D-트레오닌을 생산하는 방법들이 개발되어 왔다.
D-트레오닌을 생산하는 방법은 크게 화학적 합성법과 효소나 미생물을 이용하는 생물학적 합성법으로 나눌 수 있다. 화학적 합성법에 의한 아미노산의 생산은 D- 또는 L-아미노산이 혼합된 상태(racemic mixture)로 생성물 이 얻어지기 때문에, 순수한 D-트레오닌을 얻기 위해서는 또 다른 복잡한 광학적 순수화 과정을 거쳐야 하는 어 려움이 있다. 뿐만 아니라, 상기와 같은 화학적 합성 방법은 그 과정에서 발생하는 부산물들로 인해 심각한 환 경오염이 유발되는 문제도 있다. 그에 비해, 생물학적인 합성 방법은 광학적으로 순수한 D-트레오닌만을 한 단 계로 직접 생산할 수 있기 때문에, 환경오염의 문제점을 가지고 있는 다단계의 화학적 합성법을 대체할 수 있는 저공해 청정생산기술로서 주목 받고 있다.
상기와 같은 생물학적 합성 방법에는 관련 효소의 개발이 필수적이나, 종래 알려진 D-트레오닌 생산 효소의 경 우에는 그 활성 및 생산량이 매우 적어서, 산업적으로 이용하기에는 불충분한 문제점이 있다. 이에, 보다 활성이 우수한 신규의 D-트레오닌 합성 효소에 관한 연구ㅇ개발이 더욱 필요한 실정이다.

개발기술 특성

본 발명의 D-트레오닌 합성 효소는 값싼 글리신, 아세트알데히드 두기질을 이용하여 D-트레오닌으로 변환시킬 수 있어서, D-트레오닌의 생성 과정에서 독성물질이나, 환경오염 부산물이 발생하지 않는바, 친환경적으로 D-트레오닌을 제조할 수 있다. 또한 현재까지 밝혀진 여러 D-트레오닌 알돌라아제중에서 가장 높은 활성을 가지는 델프티아 종 (Delftia sp.) 유래의 D-트레오닌 알돌라아제는 비활성 (specific activity)이 10.5U/mg으로 D-트레오닌과 D-알로 트레오닌의 비율이 1대 1 로 가장 우수한 것으로 알려져 있다. 본 발명에서 연구한 필로마이크로비움 유래의 D-트레오닌 알돌라아제는 268.1U/mg의 비활성을 가지며 D-트레오닌과 D-알로-트레오닌이 8 대 2의 비율로 나오는 것을 확인하였다. 이러한 점은 이전에 밝혀진 어떠한 D-트레오닌 알돌라아제보다 산업적 적용에 있어 강점을 가지며, D-트레오닌의 광학이성질적 합성비율의 조절이 가능하여, 향후 산업적으로 사용 가능한 효소로 이용될 수 있다.

시장동향