△김효진 박사
한국식품연구원(원장 박용곤) 장내미생물연구단 김효진 박사 연구팀은 유전자교정 기술인 ‘CRISPR/Cas9’ 기술을 이용해 효모의 에틸카바메이트 생성 유전자를 제거함으로써 식품미생물의 유해물질 생성을 줄이는데 성공했다고 밝혔다.
유전자가위로 알려진 ‘CRISPR/Cas9’ 기술은 이용하고자하는 특정 염기서열을 인식해 절단하고 편집하는 기술로, 사이언스(Science)지가 선정한 올해의 혁신기술이자 작년 MIT 테크놀로지 리뷰의 10대 기술에 꼽히기도 했다.
식품미생물의 유해성 유전자를 제어하기 위해 유전자 재조합 방법을 사용하는 일반적인 경우 항생제 유전자의 유입과 같은 불필요한 유전체 변형을 야기하지만 유전자교정 기술인 ‘CRISPR/Cas9’ 기술을 이용하는 이번 연구는 유전체의 불필요한 변형 없이 오직 유해물질 관련 유전자의 결손만을 유도한다.
연구팀은 효모의 유해물질 원인 유전자를 유전자교정 기술로 제거해 유해물질의 감소가 탁월함을 확인했으며, 국제학술지인 Journal of International Microbiology & Biotechnology (SCI)에 연구결과를 보고했다.
△효모에서의 유전자 교정 전략 및 서열 교정 확인 : 유전자 교정을 통해 유해물질 생성 관련 유전자인 CAR1의 점돌연변이(nonsense mutation)와 유전자완전결손(complete deletion)을 유도했고, 이를 전기영동 및 유전자 서열분석 법을 이용해 확인했다.
연구에서 효모의 유해물질인 에틸카바메이트 원인 유전자 CAR1을 유전자교정 기술로 제거했고, 발효과정에서 모균주와 유전자교정 균주를 비교한 결과 유전자 교정 균주의 CAR1 효소활성이 모균주에 비해 98% 감소했으며, CAR1에 의해 생성된 에틸카바메이트도 3분의 1 수준으로 감소됨을 확인했다.
△유해물질 관련 유전자의 교정에 의한 영향 : 유전자 교정결과 발효 중 효모의 CAR1 효소 활성이 98% 이상 감소했고, 에틸카바메이트의 전구체인 유레아도 현저히 줄어드는 것을 확인했다. 또한 에틸카바메이트의 생성도 유전자 교정 균주에서 3분의 1 수준으로 낮아진 것을 알 수 있었다.
연구팀은 차세대 염기서열분석(Next Generation Sequencing) 기술을 활용한 유전자교정균주의 유전체 분석 등 추가적인 연구결과에 대한 국제학술지 논문투고를 준비 중에 있다.
김효진 박사는 “이번 연구결과는 유전자 교정 기술이 식품 미생물의 균주 개량에 획기적인 대안이 될 것이라는 것을 확인했다”고 말했다.
