많은 방향족화합물은 세포독성이 강해 직접발효법을 통한 고농도 생산이 어려우므로 내성을 가지는 미생물 개발이 필요하다. 또한, 시스템생물학을 접목한 대사공학을 이용해 생산 균주의 경쟁력을 높여야 한다. 생물학과 화학 분야의 융합연구를 통한 친환경적이며 상업적인 기술개발도 필요하다. 저가의 바이오매스를 사용할 수 있는 공정개발을 함께해 화이트 바이오텍기반 화학물질의 경쟁력을 갖춰야 한다.
<h2>화이트바이오텍기반 방향족화합물 개발의 고려사항</h2><p>방향족화합물의 세포독성: 많은 방향족화합물은 세포에 대한 독성이 강하여 직접 발효법을 통하여 고농도로 생산하는데 어려움이 있다. 세포내 독성문제를 극복하기 위한 방법들로는 생산용 균주를 유기용매에 대한 높은 내성을 갖는 Psudomonas 균을 사용하는 방법, 방향족화합물에 대한 용해도가 높으면서도 물과 잘 섞이지 않는 유기용매를 사용한 2상계 발효를 수행하는 방법, 발효과정 중에 배양액을 방향족화합물에 대한 흡착력이 높은 수지탑을 경유시켜 배양액내 독성농도를 낮추는 방법, 독성이 없거나 상대적으로 낮은 전구체를 1단계로 발효법으로 생산하고 2단계로 효소전환법 또는/및 화학적합성법으로 최종 화합물을 생산하는 방법 등이 알려져 있다. 그러나 이러한 방법은 아직까지 경제성이나 효율성 측면에서 여러 문제점을 가지고 있다. 따라서, 개별 유전자에 대한 유전·생리학적 연구 및 전체 유전자에 대한 DNA microarray를 이용한 전사체, 2-D PAGE를 이용한 단백체, 전체 대사물질에 대한 대사체 연구등을 통해 방향족화합물이 세포내 높은 독성을 야기시키는 작용기작을 규명하고, 내성에 관여하는 유전자 또는 내성변이 유전자를 발굴하여 방향족화합물에 대한 내성을 가지는 미생물 개발이 필요한 상황이다.</p><p>대사공학: AAA 경로 대사산물과 그 유도체를 생산하는 미생물 개발은 주로 원하는 대사산물 다음단계의 유전자를 결손시키는 방법, 중심대사(central metabolism)로부터 AAA 공통경로로 탄소흐름을 증가시기 위해 동종 또는 이종의 유전자(heterologous gene)를 증폭시키거나 효소를 개량시키는 방법, AAA 공통경로의 유전자를 증폭시키는 방법, 원하는 분지경로의 유전자를 증폭시키는 방법, 이종의 유전자를 도입하는 방법 등 다양한 접근법으로 대사공학을 이용하여 실용화 가능성이 있는 생산균주들이 많이 개발되고 있다. 향후 보다 더 경쟁력을 지닌 생산균주를 개발하기 위해서는 기능유전체 관련기술을 접목한 시스템생물학을 이용하여 총체적인 분석을 통해 대사공학에 접목하는 전략이 필요하다.</p><p>근본적으로는 대사특성, 유전자조작·발효·분리의 용이성, 방향족화합물에 대한 내성 등을 고려하여 방향족화합물 생산에 적합한 모균주를 선정한 다음, 기존에 밝혀진 유효한 유전자정보를 토대로 대사공학을 이용하여 중심대사로부터 AAA 경로 초입단계 및 AAA 공통경로로의 탄소흐름이 매우 강화된 기반균주(platform strain)를 제작하고 여기에 각각의 방향족 화합물 합성에 필요한 유전자를 접목하면 보다 더 효율적으로 각종 방향족화합물을 생산하는 균주를 개발할 수 있을 것으로 기대한다.</p><p>신규 효소의 발굴 및 개량: 대사공학을 통한 방향족 화합물 생산균주 개량 및 효소전환 공정에 많은 외래 유전자를 도입하여 접목하는 사례가 많다. 그 예로, Klebsiella, Acinetobacter, Pseudomonas, Rhodotorula, Lactobacillus 등의 미생물에서 유래된 dehydrogenases, decarboxylases, dioxygenases,ammonia lyase 등의 유전자를 도입하여 quinic acid, protocatechuate, catechol, cis,cis-muconic acid, adipic acid, vanillin, indoleacetic acid, indigo, D-phenylglycine, p-hydroxystyrene 등을 생산하는 균주개발에 유용하게 이용되고 있다. 그러나, 이러한 효소들은 아직 생산균주에서 발현의 최적화가 필요하거나, intrinsic catalytic activity가 낮거나, product에 의한 강한 inhibition을 받는 등의 문제점들이 있다. 따라서, metagenome 등으로부터 보다 더 다양한 기질 특이성을 갖는 효소들을 발굴하고, directed evolution 등을 통해 효소의 특성을 개량하는 연구가 요구된다.</p><p>생물공정과 화학공정의 융합: 방향족 석유화학 원료물질을 미생물에서 AAA 대사 중간체 및 그 유도체들로부터 얻는 방법은 직접발효법/효소전환법으로 생산할 수 있는 물질도 있지만, 화학공정을 병행하여 생산하는 화합물도 많다. 따라서, 미생물 대사·생리·유전학, 생화학, 효소학, 대사공학, 발효학, 유전체학, 기능유전체학을 포함한 생물학적 분야와 유기합성, 무기화학, 화학공정등을 포함한 화학적 분야가 융합된 연구를 통해 친환경적이며 상업적으로 적용 가능한 기술개발이 필요하다.</p><p>재생가능한 바이오매스의 이용: 화이트바이오텍기반 범용화학물질이 경쟁력을 가지기 위해서는 저가의 바이오매스를 사용할 수 있는 공정개발이 함께 이루어져야 한다. 즉, 각종 목질계 또는 해조류 자원을 수확한 후 물리·화학적 전처리 공정, 가수분해를 통한 당류의 회수, 각종 당류를 자화할 수 있는 미생물의 개발등의 공정을 함께 연구되어야 할 것으로 보인다.</p>