기존 비천연 아미노산 생산 공정의 한계를 극복한 생촉매 이용

생명시스템대학 생명공학과 신종식 교수와 박을수 박사과정생이 광학 활성 아미노산을 제조하는 기술을 개발했다. 이 기술은 생촉매를 이용한 탈라세믹화를 응용한 방법이다.

단백질은 생명현상의 중추적인 기능을 담당하며 20개의 천연 아미노산으로 구성된다. 천연아미노산 이외에도 산업적으로 중요한 수백 개의 비천연 아미노산이 존재하며 제약과 화학 산업의 핵심 원료로 사용되고 있다. 예를 들어 L-tert-leucine은 에이즈 치료제 및 항암제의 원료로 사용되며, L-homoalanine은 간질과 결핵 치료제의 중간체로, D-phenylglycine은 항생제의 중간체로 쓰인다.

전 세계 아미노산 시장은 2012년에 약 20조원 규모이며 연평균 6.8%의 성장률을 보이고 있다. 아미노산 유도체 및 펩타이드 의약품의 경우 2012년 약 70조원 규모이고, 특히 D-아미노산 시장의 경우 연평균 14.3 %로 높은 성장률을 보였다. 천연 아미노산의 경우 발효에 의해 대량으로 생산되는 공정이 확립되어 있으나, 700여 가지에 이르는 비천연 아미노산은 전통적인 발효공정으로는 생산이 불가능하다. 따라서 생촉매공정을 이용한 비천연 아미노산의 생산은 전 세계 화학과 제약업체가 큰 관심을 가지는 분야이다. 이번 연구가 학계의 주목을 받은 이유도 이러한 가능성 때문이다.

응용화학 분야 권위지 Advanced Synthesis & Catalysis 저널에 게재

신종식 교수 연구팀은 기존의 비천연 아미노산 생산 공정들의 한계점을 극복할 수 있는 transaminase 기반의 생촉매를 이용하였다. 이를 통해 새로운 아미노산 생산 공정을 개발했다. 아미노산의 아미노기 전달반응을 수행하는 α-transaminase와 아민의 아미노기 전달반응을 수행하는 ω-transaminase의 cascade reaction을 활용하였다. 이를 라세믹 아미노산을 광학적으로 순수한 아미노산으로 전환하였다. 탈라세믹화를 통한 아미노산 제조 기술을 이용하여 생촉매의 조합에 따라 L-형 또는 D-형 아미노산을 모두 생산할 수 있었다. 특히 생촉매의 높은 광학 선택성을 이용하여 광학순도 99% 이상의 아미노산을 생산할 수 있으며, 이는 기존 연구에서 다루어지지 않은 부분이다. 이 기술의 장점은 저렴한 이소프로필아민을 조기질로 사용할 수 있는 점과 탈라세믹화 반응의 부산물 또한 고순도의 아미노산으로써 동시생산이 가능하다는 것이다.

이번 연구결과는 응용화학 분야의 권위지인 Advanced Synthesis & Catalysis 저널의 2014년 7월 1일 온라인 판에 게재되었다. 논문제목은 ‘Deracemization of Amino Acids by Coupling Transaminases of Opposite Stereoselectivity’이며, 연구결과의 중요성을 인정받아 2014년 11월호 인쇄본의 앞표지 논문으로 선정되었다.

신 교수 연구팀은 이번 기술에 새로운 생촉매와 개량된 생촉매를 적용하여 향후 보다 다양한 아미노산을 고순도와 고효율로 생산할 수 있는 기술을 개발할 예정이다. 이번 연구는 글로벌프론티어사업 차세대 바이오매스 연구단의 지원을 받아 수행됐다.