리그닌으로부터 바이오 폴리우레탄 단량체 생산을 위한 바닐린 유도체 생합성에 대한 연구

Abstract

식물의 세포벽을 형성하는 리그닌의 전구체로서 페룰산을 미생물을 이용하여 식품 또는 화장품의 원료인 바닐린으로 전환하는 생물학적 합성법을 본 연구에서 제시하고자 한다. 자연계에서 우수한 바닐린 생산 균주들을 분리하고 선별하여, 분리된 균주의 돌연변이를 통하여 생물학적으로 바닐린의 생산성을 증가시키는 연구를 수행하였다. 기존 바닐린 생산 균주로부터 바닐린 대사경로 유전자원들을 확보하고, 대장균에 바닐린 생산 유전자를 도입해서 바닐린 생산 균주로 개발한다. 기질인 페룰산을 적정조건에서 넣어주어 바닐린으로 전환되는 반응을 대사공학 기술을 도입하여 최적화한다. 현재 연구되고 있는 바이오 바닐린 생산기술은 미생물배양기술이나 식물조직배양이 대부분을 차지하며 특히 미생물에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. streptomyces sp. strain V-1은 페룰산을 바닐린으로 전환시킬 수 있는 우수 미생물로 알려져 있다. 이러한 페룰산을 생물학적 변형을 통하여 바닐린을 생산하는데 있어서 A-dependent, non-b-oxidative II pathway를 거치는데 각각 feruloyl-CoA synthetase(Fcs)와 enoyl-CoA hydratase/aldolase(Ech)를 코딩하는 fcs와 ech효소를 필요로 한다. 본 연구에서는 바닐린 생합성 전구체를 효율적으로 생산하고 바닐린 생합성과 관련된 fcs와 ech효소 유전자를 재조합시켜 대사공학적 방법에 의해 보다 효율적으로 바닐린을 생산 할 수 있다. 또한 생물학적인 방법으로 합성한 바닐린을 이용하여 바이오 기반 폴리우레탄을 생산 할 수 있다. 석유화학 기반의 폴리우레탄은 -NCO기를 가진 이소시아네이트와 –OH를 가진 폴리올과 중합반응 통해 우레탄결합을 형성하는 고분자이다. 폴리우레탄의 경우 바이오 기반 소재로 생산 할 수 있다. 주로 폴리올이나 숙신산을 기반으로 생산하며 기존 폴리우레탄 합성에 사용되는 물질인 이소시아네이트(Isocyanate)를 바이오 화학소재로 대체하고자 하는 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서는 생물학적으로 생산한 바닐린을 이용하여 화학적합성 방법을 통해 바닐린 고분자를 만들었다. 만들어진 바닐린 가빈 고분자는 기존의 석유계 폴리올을 대체 할 수 있고 화학구조의 유사성을 지닌 화합물을 이용하여 신규 나일린 고분자의 전구체를 생산 할 수 있다. 최근에 다각적으로 폴리우레탄 합성법이 연구되고 있고, 기존의 화석연 III 료기반의 공정을 대체하여 상업화 및 대량생산이 가능한 친환경적인 폴리우레탄 제조기술의 개발을 위해 지속적인 연구가 필요하다.