농촌진흥청(청장 권재한)은 생명과학 기술에 공학적 설계를 결합한 합성생물학 기술을 담뱃잎에 적용해 혈관 강화제 ‘디오스민’과 항산화 소재 ‘크리소에리올’을 생산하는 데 성공했다.

 합성생물학 기술을 담뱃잎에 적용해 생체중량 1그램당 38마이크로그램(㎍)의 디오스민과 건조중량 1그램당 70마이크로그램의 크리소에리올을 생산하는 기반 기술을 구현한 것은 세계 최초다.

 합성생물학은 생물의 대사 시스템을 공장의 공정처럼 설정하고 블록처럼 유전자를 필요에 맞게 재설계, 조립해 원하는 물질을 생산하거나 생산량을 조절할 수 있다.

 연구진은 대사경로 재설계와 다중 유전자 조립이라는 합성생물학 기술을 적용해 담배(Nicotiana benthamiana)의 잎에서 디오스민*과 크리소에리올**을 생산할 수 있음을 확인했다.

 *디오스민: 감귤류 추출 헤스페리딘으로부터 반합성 기술로 생산하는 식물 유래 플라보노이드. 혈관 강화제로 치질이나 하지정맥류 치료에 활용하며 전량 수입에 의존함.

 **크리소에리올: 항산화, 항염, 항암 등 인체 유용 생리활성 물질

 또한, 대사경로를 재구성해 디오스민 생합성에는 10개의 유전자 조합이 필요하며, 크리소에리올 대사경로 구성에는 기존 8개 유전자 중 5개만 있어도 가능하다는 사실을 밝혀냈다.

 연구진은 아그로박테리움법*을 이용해 재구성한 디오스민과 크리소에리올 대사경로를 담뱃잎에 일시적으로 발현시켜 디오스민과 크리소에리올을 생산했다.

 *식물 병원균인 아그로박테리움(Agrobacterium tumefaciens)을 이용해 식물세포에 유용한 유전자를 이식하는 방법

 이번 연구 결과는 국제학술지 Frontiers in Plant Science(IF 5.6)에 논문으로 게재됐으며, 재설계한 대사경로를 포함한 디오스민, 크리소에리올 생산 방법은 각각 특허출원*했다.

 *재설계된 크리소에리올 대사경로를 포함하는 기능성 플라보노이드 생산 시스템(10-2022-0073777) / 생합성 경로 재구성을 통한 디오스민 생산 방법(10-2024-0118864)

 한편, 항산화, 항암, 항염증 등 다양한 생리활성을 지닌 식물의 이차대사물질은 식·의약 소재로 가치가 매우 높다. 그러나 화학적으로 합성하는 기존 방식은 시간과 비용이 많이 들거나 합성 과정에서 환경에 미치는 영향이 커 이를 해결하기 위한 지속 가능한 생산 방법 도입이 필요하다.

 농촌진흥청 생물소재공학과 이시철 과장은 “식물 합성생물학 분야의 원천기술을 확보했을 뿐만 아니라 해당 기술로 생산까지 성공했다는 데 큰 의의가 있다.”라며, “이번 기술 개발로 국내 바이오산업계를 기술적으로 뒷받침할 수 있을 것으로 기대한다.”라고 말했다.