[애틀러스리뷰=김상일 기자] 서울대학교 공과대학(학장 차국헌)은 화학생물공학부 서상우 교수 연구팀이 바이오 의약품부터 산업용 효소 생산, 탄소중립을 위한 바이오리파이너리 효율성을 크게 향상시키는 데 적용 가능한 미생물 기반 단백질 고품질 생산 유전자 발현 시스템 설계 원천 기술을 개발했다고 5일 밝혔다.

서상우 교수팀이 새롭게 개발한 단백질 품질관리 시스템(ProQC)은 기존 발현시스템을 이해하고 새롭게 발굴된 생물학적 부품들을 재설계함으로써 비손상 mRNA만을 주형으로 사용하게 만드는 고품질 단백질 생산 시스템이다. 

진핵세포에서는 전사가 완료된 mRNA에서 번역이 개시되는데 이를 모방해 미생물에서도 3’ 말단이 번역개시를 조절하도록 Toehold switch를 재해석해 mRNA의 3‘ 말단에 cis 형태로 trigger 서열을 삽입했다.

재설계된 발현시스템에서는 전사과정이 끝나야 3’ 말단의 cis-trigger가 노출되고 바로 이 cis-trigger가 동일한 mRNA 5’ 말단의 구조(번역개시를 억제하고 있는)를 풀어주면서 단백질 합성이 시작된다. 이때 mRNA는 5’ 말단 서열의 일부와 3‘ 말단 서열의 일부가 결합한 상태로 원형이 된다.

ProQC 시스템을 다양한 단백질에 적용해 본 결과 개발된 DNA 카세트를 적용한 미생물이 온전한 길이의 단백질을 150%~250%가량 더 많이 합성했으며 자연적 발현 시스템에서 불완전 단백질이 많이 합성될수록 개선 효과가 더욱 뚜렷하게 나타났다.

서상우 교수는 "이 연구에서 개발한 유전자 발현 시스템은 미생물 스스로 고품질 단백질만 선택적으로 합성하게 만들고 기존 재조합 단백질 생산 전략에 한 단계 더 추가할 수 있는 새로운 기술"이라며 "미생물 세포공장 기반 바이오 의약품, 산업용 효소 등을 포함하는 재조합 단백질과 탄소중립을 위한 바이오 화합물 생산공정의 경제성과 효율성을 획기적으로 향상시킬 것"이라고 말했다.

한편 해당 연구결과는 2월 5일 세계 최고 권위 과학 전문지인 '네이처 화학 생물학(Nature Chemical Biology)' 온라인을 통해 공개됐다.