건국대 연구팀, 저칼로리 감미료 ‘타가토스’ 생산 효소 개발

(사진: 건국대 제공)

건국대학교(총장 전영재) KU융합과학기술원 융합생명공학과 오덕근 교수 연구팀이 저칼로리 기능성 감미료인 타가토스(tagatose)를 과당(fructose)으로부터 생산할 수 있는 효소를 개발하는 데 성공했다.

연구팀은 많은 당전환 효소 가운데 유일하게 타가투로네이트 3-에피머라아제(tagaturonate 3-epimerase)가 과당으로부터 타가토스를 미량 생산할 수 있음을 발견했다. 하지만 이 효소는 타가토스 생산을 위한 전환 활성이 매우 낮다는 한계가 있어 전환 활성을 증가시키기 위한 효소 개량 연구를 수행했다.

이를 통해 연구팀은 합리적 디자인(retional design) 기술인 효소 활성 부위의 아미노산 상호작용 분석을 통해 과당-타가토스 전환 활성에 영향을 미치는 아미노산을 찾아냈으며, 유도진화(directed evolution) 기술인 실수유발 PCR 돌연변이화법(error-prone PCR), DNA 뒤섞음(DNA shuffling) 및 포화 돌연변이화법(saturation mutagenesis)와 같은 기법들을 이용해 새로운 효소인 타가토스 4-에피머라아제(tagatose 4-epimerase)를 개발했다.

이 효소는 관련 아미노산 잔기 5개가 바뀜으로써 과당-타가토스 전환 활성이 184배 향상됐지만 프락투로네이트-타가투로네이트 전환 활성은 52배 감소했다. 최종적으로 타가토스 4-에피머라아제를 과당과 2시간 동안 반응시켜 산업적 적용이 가능한 수준인 213 g/L의 타가토스를 생산해내는 데 성공했다.

오덕근 교수는 “타가토스를 미량 생산하는 타가투로네이트 3-에피머라아를 발견하고 단백질 공학 기술을 사용해 효소 활성을 획기적으로 증가시킴으로써 과당으로부터 타가토스를 생산하는 새로운 효소를 제작했다”며 “기존에 유당을 사용하는 방식을 대체하는 이상적인 타가토스 생산 경로가 마련됨으로써 더욱 경제적인 타가토스 생산을 기대할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구는 과학기술부의 기초연구사업(중견연구)의 지원으로 수행됐으며, 화학공학 분야의 권위 있는 국제 학술지인 ‘ACS catalysis’ (IF=12.350) 2020년 10권 19호에 게재 될 예정이다. Go Back