카로티노이드는 Vitamin A, 항산화, 항염증, 항암 활성 등 다양한 생리 활성과 착색 효과를 가지고 있어 식품첨가제, 기능성식품, 화장품 원료 및 축산, 양식, 관상어 사료의 사료 첨가제로 활용되고 있다. 천연물 유래 카로티노이드가 화학 합성보다 우수하지만, 경제적인 측면에서는 화학 합성이 이용되고 있다. 미생물로부터 카로티노이드 생산하는 연구도 진행되고, 폐기물을 가치있는 산물로 전환할 수 있으며, 다양한 배양 환경을 제공하여 카로티노이드 생산력을 증가시킬 수 있다. 박테리아는 \( \mathrm{C}_{40}, \mathrm{C}_{30}, \mathrm{C}_{50} \) 계열의 카로티노이드를 생산하며, 항산화 활성과 항암 활성이 있다고 보고되었다.
<h1>결 론</h1> <p>카로티노이드는 Vitamin A, 항산화, 항염증, 항암 활성 등 다양한 생리 활성을 가지고 있으며, 일부 어류에서 근육이나 피부등에 착색되어 색을 띄게 하는 착색 효과도 가지고 있다. 이러한 기능성 때문에 식품첨가제나 기능성식품, 화장품 원료 및 축산, 양식, 관상어 사료의 사료 첨가제 등 산업적으로 활용되고 있다. 안전성 및 기능성을 비교하였을 때, 천연물 유래 카로티노이드가 화학 합성으로 생산된 카로티노이드보다 더 우수하다. 하지만, 경제적인 측면에서 비교해 보았을 때, 산업적으로 활용되고 있는 카로티노이드는 대부분 천연물 유래 카로티노이드 보다 저렴한 화학 합성에 의해 생산된 카로티노이드를 이용하고 있는 실정이다. 이러한 이유로 천연물 유래 카로티노이드 생산량을 증가시키기 위한 다양한 방법이 제안되었으며, 미생물로부터 카로티노이드 생산에 관한 연구가 꾸준히 이루어지고 있다.</p> <p>많은 연구를 통해 카로티노이드 생합성 경로와 기질로 사용되는 IPP와 DMAPP 생합성 경로가 밝혀졌으며, 유전공학적 접근을 통해 이들 대사 경로의 흐름을 조절하여 카로티노이드 생산력을 높일 수 있으며, 조성이나 배양 방법, 공배양 등 다양한 배양 환경을 제공하여 카로티노이드 생산력을 증가시킬 수 있다. 식품 가공 중 발생하는 산업 폐기물을 탄소원 및 질소원으로 사용하여 카로티노이드를 생산하는 연구도 진행되어 폐기물을 가치있는 산물로 전환할 수 있다. 또한, 계절과 환경에 의해 제한받는 식물 원료와 비교하여 안정적으로 원료를 공급할 수 있으며, 식물이나 동물, 미세조류와 같은 다른 카로티노이드 공급원보다 추출이 간편하고, 시간도 적게 소모하므로 가공 공정에서 매우 경제적이다.</p> <p>박테리아는 기존에 많이 연구된 lycopene, \( \beta \)-carotene, astaxanthin과 같은 \( \mathrm{C}_{40} \) 계열의 카로티노이드 뿐만 아니라 다양한 종에서 \( \mathrm{C}_{30} \)이나 \( \mathrm{C}_{50} \) 계열의 카로티노이드를 생산한다고 보고되었으며, 세포주 실험에서 \( \mathrm{C}_{40} \) 카로티노이드와 마찬가지로 항산화 활성이나 항암 활성이 있다고 보고 되었다. 또한, 지속적으로 카로티노이드를 생산하는 균주들이 보고되고 있으며, 이들 박테리아로부터 다양한 카로티노이드와 이들 카로티노이드를 생합성하는 유전자들이 밝혀지고 있다.</p> <p>하지만 박테리아에서 카로티노이드 생산은 경제적인 측면에서 매우 제한적이다. 카로티노이드는 분자 구조상 소수성이며, 따라서 주로 세포막이나 세포소기관의 막에 주로 존재하게 된다. 박테리아의 경우 주로 세포막이나 세포벽에 제한적으로 존재하게 되므로 세포가 축적할 수 있는 카로티노이드 함량은 다른 생산원보다 낮을 수밖에 없다. 또한, 카로티노이드 생산 박테리아의 경우 극히 일부의 균주를 제외하고 안전성이 입증되지 않았다. 또한 산업적으로 활용하고 있는 카로티노이드 이외에 기존에 보고된 \( \mathrm{C}_{30} \)이나 \( \mathrm{C}_{50} \) 계열의 카로티노이드 및 새로 발견되고 있는 카로티노이드 또한 안전성과 기능성에 관한 연구가 미흡한 실정이다.</p> <p>카로티노이드의 산업적 적용 분야 확장을 위해서 여러가지 측면에서의 연구가 필요하다. 우선 박테리아의 카로티노이드 생산능을 증가시키기 위해서 주요 유전자의 조절 메커니즘 및 카로티노이드 생합성 경로 이외에 다른 대사 경로 차단 등 세포의 개선에 관한 다양한 연구가 필요하며, 개선된 균주로부터 카로티노이드 생산성을 높일 수 있는 공정 최적화 방법도 개발하여야 한다. 또한, 기존에 보고되거나 새롭게 보고되고 있는 여러 카로티노이드의 안전성 검증 및 기능성에 관한 연구도 지속적으로 이루어져야 한다. 이들 카로티노이드는 기존의 카로티노이드 또는 여러 기능성 화합물을 대체하거나, 알려지지 않은 다양한 기능성을 가질 수도 있으며, 새로운 약물 후보군으로 선정될 수도 있다. 카로티노이드 생산에 있어 박테리아는 높은 잠재력을 가지고 있다. 따라서 카로티노이드 생합성 박테리아와 이들 박테리아가 가지고 있는 카로티노이드 생합성 효소, 박테리아가 생산하는 카로티노이드에 대한 꾸준한 연구가 필요하다.</p>