actinorhodin의 생합성과정에 대한 실험결과에서는 labeling 실험을 통해 actinorhodin이 8개의 acetate로부터 합성됨이 확인되었다. 또한, block mutant를 사용하여 누적된 중간체와 shunt product의 구조 분석을 통해 생합성 과정이 증명되었다(Fig. 4). 이러한 실험결과를 종합적으로 분석한 결과, 재조합 PKS 유전자를 이용한 실험에서는 aromatic polyketide 화합물의 생합성 유전자 조작을 통해 신규 화합물의 합성 가능성이 확인되었다(Table 2, Fig. 5). 결론적으로, TypeII PKS에 의해 생성된 aromatic poly-ketide의 구조는 생합성에 참여하는 구성효소간의 상호 작용에 의해 결정된다는 것을 알 수 있었다.
<p>여러개의 잘 알려진 typeII PKS 유전자 10 여개 중에 actinorhodin과 tetracenomycin의 생합성 기작에 대해서 가장 많은 연구가 이루어졌다. 가장 많이 연구가 되어 있는 aromatic polyketide로는 Streptomyces coelicolor A3에서 생산되는 benzoisochromanequinone계 항생제인 actinorhodin이 있다. Labeling 실험에 의해 actinorhodin이 8개의 acetate로부터 합성됨이 밝혀졌고 block mutant에 의해 누적된 중간체와 shunt product의 구조 분석을 통해 생합성 과정 이 증명되었다 (Fig. 4). Block mutant를 이용한 실험결과에 따르면, actI, actVII, actIV들은 polyketide 사슬초가합성에 관여하고, actIII는 polyketide의 reduction, actIV는 dehydration, 그리고 actVI, actVA, \( a c t \mathrm { VB } \) 는 cyclization과 reduction 반응을 촉매 함이 증명되었다.</p> <h2>2) Aromatic PKS의 heterogeneous 조합</h2> <p>Aromatic polyketide 화합물의 생합성 유전자 조작을 통한 신규 화합물의 합성 가능성은 생합성 유전자의 기능을 확인하고자 하는 실험과정 중에 얻어진 결과이다. Aromatic polyketide 생합성 중간체로서 반응성이 매우 높은 poly-3-ketone이 생성되기 때문에 확보된 생합성 효소의 기질에 대한 활성 확인과 촉매 산물의 구조분석이라는 전형적인 in vitro 실험이 불가능하다. 이와 같은 방법상의 한계는 재조합 PKS 유전자를 형질전환 시킨 균주에서 생성되는 화합물의 구조분석에 의한 유전자기능 확인이라는 방법에 의해 극복되었고 부수적으로 새로운 구조의 polyketide를 합성할 수 있는 방법도 얻게 되었다. 재조합 PKS 유전자를 이용하여 얻어진 결과들은 종합하여 보면 다음과 같이 정리할 수 있다 (Table 2, Fig. 5).</p> <ol type = 1 start=1><li>기본 골격인 poly- \( \beta \)-ketone의 길이는 minimal PKS에 의해 결정된다. Minimal PKS의 구성 단위중 하나인 \( \mathrm { ACP } \) 는 기본 골격의 길이에 영향을 주지 않고 교환될 수 있으며 (Table 2, entry 1 6), \( \mathrm { KSa } \) 와 \( \mathrm { KS \beta } \) 는 교환 가능한 경우와 없는 경우가 공존한다 (Table 2, entry \( 7 \sim 19) \).</li> <li>KR은 길이가 다른 poly- \( \beta \)-ketone을 인식하여 일반적으로 9번 탄소의 carbony기를 하드록실 기로 환원시킨다 (Table 2, entry 20 24).</li> <li>Poly- \( \beta \)-ketone의 접힘은 KR이 없는 경우, 일반적으로 존재하는 cyclase의 종류에 의해서 결정되며 (Table 2, entry 25 28) 현재까지 11번 탄소와 9번 탄소 그리고 극히 예외적으로 7번 탄소의 접힘만이 관찰되었다. KR이 있는 경우 접힘은 환원되는 탄소의 위치에서 일어난다.</li> <li>조합 PKS의 경우 2차 또는 3차 고리화는 효소반응이 아닌 구조적 불안정성에 의해서 결정된다.</li></ol> <p>결론적으로 TypeII PKS에 의해서 생성된 aromatic poly-ketide의 구조는 생합성에 참여하는 구성효소간의 상호 작용에 의해서 결정된다. 이와같은 TypeII PKS 유전자의 작용기작 특징은 이들을 조합적 (combinatorial biosynthetis)으로 이용하여 새로운 구조의 화합물을 합성하기 위한 시도에 한계로서 작용할 것이다. 새로운 구조의 aromatic polyketide를 합성하기 위한 시도는 이와 같은 한계 때문에 앞으로는 PKS 구성 효소중 일부 특히 cyclase를 이용한 구조변경에 많은 연구가 이루어질 것으로 예상된다. Fig. 6에서 보는 바와 같이 서로 다른 2 차 대사물질의 마지막 고리화를 촉매하는 효소는 크게 두 종류로 나누어지며 이들 유전자 (예를들어 tetracenomycin의 \( t \mathrm { cmI } \) 와 actinorhodin의 actVI-orf1) 간의 상호 교환에 의해 hybrid antibiotics를 합성할 수 있는 가능성이 높다고 하겠다. 이와 같은 방법에의해 생합성되는 화합물의 구조는 본래 구조와 크게 다르지 않기 때문에 추후에 이들을 변형시키는 oxidase, sugar transferase, methyltransferase 등을 효과적으로 도입할 수 있는 가능성도 높을 것이다.</p>