미생물에서 뽑아낸 7가지 무지개 색소…인공색소 대체한다

미생물을 통해 생산한 일곱 가지 무지개 색소. /사진=카이스트

국내 연구진이 미생물에서 7가지 무지개 색소를 생산하는 기술을 개발했다. 석유 화합물 기반의 인공 색소를 대체할 기술로 주목된다.

카이스트(KAIST)는 8일 생명화학공학과 양동수 박사, 박선영 박사가 참여하는 이상엽 특훈교수 연구팀이 천연 무지개 색소를 생산하는 미생물 균주 개발에 성공했다고 밝혔다.


식품이나 화장품 등 재료로 일상생활에서 널리 활용되는 색소 대부분은 석유 화합물로 만들어진다. 그동안 인체에 무해한 천연색소 개발을 위해 많은 연구가 이뤄져왔지만, 값비싼 생산 공정 등으로 상용화에 어려움이 있었다.

연구팀은 지용성 식품과 의류 염색 등에 활용되는 소수성(疏水性, 물에 녹지않는) 천연색소에 주목했다. 천연색소 중 한 종류인 소수성 천연색소는 물에 잘 녹지 않아 배양액상에서 미생물을 키우기에 유리하다.

연구팀은 미생물의 대사회로를 조작하는 대사공학 기술을 이용해 카로티노이드 계열 색소인 △아스타잔틴(빨강) △베타-카로틴(주황) △제아잔틴(노랑)과 비올라세인 유도체 계열 색소인 △프로비올라세인(초록) △프로디옥시비올라세인(파랑) △비올라세인(남색) △디옥시비올라세인(보라)을 생산하는 대장균들을 개발했다.


카로티노이드는 터페노이드계 천연물의 일종으로 당근, 토마토 등에서 밝은 색을 나타내는 물질이다. 카로티노이드계 천연색소는 항산화, 항암 등 효능으로 천연 식품첨가제 등으로 쓰인다. 비올라세인 유도체 역시 항박테리아, 항암 등 다양한 의약적 효능을 갖고 있는 물질로 알려져있다.

천연색소 생산량 문제는 세포 모양 변형 등의 방식으로 해결했다. 미생물에서 소수성 색소가 생산되면 이는 내부에 축적되는데, 세포 수용력의 한계로 축적할 수 있는 양이 제한돼있다.

연구팀은 세포의 모양을 변형시키나, 세포 내 소낭을 만들어 미생물 내부의 소수성 색소 축적량을 증가시켰다. 소낭은 구형의 소형 구조체로 특정 물질을 세포 밖으로 배출하거나, 세포 안쪽으로 운반하는 기능을 한다. 연구팀은 세포 외 소낭에서 색소를 분비하는 방식으로 7가지 색깔의 색소를 고효율로 생산해냈다.

양동수 박사는 "석유 화합물 기반의 합성 색소를 대체할 수 있는 일곱 빛깔의 천연 무지개 색소를 세계 최초로 생산했으며, 색소를 비롯한 천연물을 고효율로 생산할 수 있는 범용 대사공학적 전략을 개발했다는 점에 의의가 있다"며 "이번 기술을 활용해 색소뿐만 아니라 의약품, 영양보조제 등의 다양한 친환경 물질을 고효율로 생산할 수 있을 것"이라고 말했다.