카르복실산 환원 효소(CAR) 발현 재조합 대장균을 이용한 장쇄 지방산으로부터 지방 알코올의 생물 전환 연구

Abstract

본 연구는, 고분자에 대한 수요가 전 세계적으로 계속해서 증가하고 있고 지속 가능한 고분자 생산 공정 필요성 또한 커지는 추세에 따라 산업 바이오 공정을 이용하여 폴리아마이드 생성에 필요한 장쇄 지방족 알코올(fatty alcohol)을 장쇄 지방산(fatty acid)으로부터 전환하는 것이 주 목적이다. Fatty alcohol을 생성하기 위해서 Mycobacterium abscessus 로부터 유래한 carboxylic acid reductase(이하 ‘CAR’)를 expression 하였다. Mycobacterium abscessus로부터 유래한 카복시산 환원 효소(CAR) 효소는 long-chain fatty acid(LCFA)에 높은 기질 특이성이 있는 것으로 보고되었고 이전의 실험을 통해 확인되었다. [1-3] 또한, CAR 효소는 α, ω-dicarboxylic acid을 기질로 하여 장쇄 지방족 알코올을 얻을 수 있다. 하지만, 이 때 히드록시 장쇄 지방산(ω-hydroxy fatty acid)과 같이 부산물로서 존재하는 물질 때문에 장쇄 지방족 알코올로의 전환율이 떨어진다는 것을 GC-FID 분석을 통해 밝혔다. 그리하여 이러한 반응을 보낼 시 부산물과 지방족 알코올의 비율과 부산물인 히드록시 장쇄 지방산을 CAR 효소의 기질로 사용할 시 그 최대 전환 율 값을 분석하였다. 이 실험 결과로써 C12 히드록시 장쇄 지방산(12-hydroxydodecanoic acid)로부터 C12 장쇄 지방족 알코올로의 높은 생산량(76%)을 확인했고, 추가로 다른 히드록시 장쇄의 지방산의 기질 특이성의 확인과 그로부터 생산량을 분석하였다. 구체적으로 C10 히드록시 장쇄 지방산(10-hydroxydecanoic acid)과 C16 히드록시 장쇄 지방산(16-hydroxyhexadecanoic acid)으로부터 장쇄 지방족 알코올로의 전환 율을 분석하여 long-chain hydroxyl fatty acid 기질에 대한 특이성에 대해 밝혔다. 특히 12-hydroxydodecanoic acid 기질의 경우 docking simulation 결과를 통해 HO- 잔기와 hydrogen bonding/ charge-charge interaction으로 CAR 효소 활성이 증대되었다는 사실을 밝혔다. 이후 선별된 key residue를 조작한 효소의 mutant의 제조 및 활성 평가가 진행중이다. 이외에 세포 농도에 따른 히드록시 장쇄 지방산 기질로부터 장쇄 지방족 알코올로의 전환 율 또한 평가하였다.