Combinatorial biosynthesis은 자연에 존재하지 않는 비천연물질을 확보하기 위해 조합론적인 방법을 생합성 경로에 적용한 것으로, polyketide 계열의 항생물질 구조변형에 도입되고 있다. 조합 생합성 방법에 의한 구조변형을 위해 poly-ketide 항생물질 생합성 유전자에 적용된 결과들 중에 대표적인 예가 PKS에 의해서 합성되는 화합물로서 erythro-mycin이고, 다기능을 가진 PKS는 촉매작용을 하는 활성부위가 모듈 형식으로 존재하기 때문에 module PKS라고도 불리며, module PKS는 다기능을 가진 활성부위를 갖고 있어 FAS와 KS보다 간단한 구조를 갖고 있다. 조합 생합성 방법은 코산에 의해 효용성이 이미 확인되었고, 적절한 골격을 출발점으로 하여 다양한 유사화합물을 도출하고 있으며, 이러한 조합은 보다 다양한 천연물을 합성할 수 있다.
<h2>5) Combinatorial biosynthesis</h2> <p>조합론적인 방법을 생합성 경로에 적용한 것이 조합 생합성으로 자연에 존재하는 반응경로 및 기구를 변용하여 자연에 존재하지 않는 비천연물질을 확보하려는 의도적이고 정교한 신물질 창출방법이다. 조합 생합성은 화학적인 방법으로 구조변형이 어려운 생리활성물질의 생합성 유전자를 조작하여 구조적 다양성을 확보하려는 방법으로 현재까지 주로 polyketide 계열의 항생물질 구조변형에 도입되고 있다. 조합 생합성 방법에 의한 구조변형을 위해 poly-ketide 항생물질 생합성 유전자에 적용된 결과들 중에 대표적인 예가 PKS에 의해서 합성되는 화합물로서 erythro-mycin이 있다. 다기능을 가진 PKS는 촉매작용을 하는 활성부위가 모듈 형식으로 존재하기 때문에 module PKS라고도 불린다. module PKS는 동물 지방산합성효소 (FAS)와 높은 아미노산 서열 유사성을 보이며 케토합성효소 (ketos-ynthase, KS), 아실전달효소 (acyltransferase, AT), 탈수화효소 (dehydratase, \( \mathrm { DH } \) ), 에놀환원효소 (enoylreductase, ER), 케토환원효소 (ketoreductase, \( \mathrm { KR } \) ), 아실전달 단백질 (acyl carrier protein, \( \mathrm { ACP } \) ), 티오에스테르화효소 (thioesterase, TE) 등 동물 FAS에 존재하는 활성부위를 모두 보유하고 있다. 하지만 동물 FAS가 이들 활성부위를 반복 사용하여 두 개의 탄소 단위로 구성된 아세틸-CoA (acetylCoA)와 말로닐-CoA (malonylCoA)의 축합 반응을 촉매 하는데 반해 모듈 PKS는 두 개의 탄소, 세 개의 탄소 및 네 개의 탄소 단위로 구성된 카르복실산 각각의 축합 반응을 한 개의 모듈에서 촉매 한다. 따라서 마크로라이드 화합물의 구조로부터 몇 개의 축합 반응이 진행되었는지를 확인하면 생합성 유전자가 몇 개의 모듈로 구성되어 있는 지를 예측할 수 있다. 동물 FAS와 모듈 \( \mathrm { PKS } \) 의 또 다른 차이점은 모듈 PKS가 보유하는 환원 활성부위의 다양성이다. 동물 \( \mathrm { FAS } \) 는 포화된 탄소 골격을 합성하지만 모듈 \( \mathrm { PKS } \) 는 환원 활성부위의 구조에 따라 케톤, 히드록실기, 알켄, 알칸 등 다양한 구조의 화합물 을 합성할 수 있다.</p> <p>조합 생합성 방법은 이미 코산 (KOSAN biosciences)에 의해 효용성이 이미 확인되었고, 적절한 골격을 출발점으로 하여 다양한 유사화합물을 도출하고 있다. 이 방법론은 산업적 가치가 높고 또 그 생합성 과정이 비교적 상세히 밝혀진 폴리케티드 계열에 자주 적용되고 있는데, 이들 polyketide계 물질은 모듈 형태의 복합 효소계를 그 생합성에 채용하고 있어서 생합성 단계별로 조합론적인 접근이 더욱 가속화 된 경우이다. polyketide는 생합성 유전자의 일부가 잘리면 작은 크기의 polyketide가 생산될 것이고, 효소의 일부분이 다른 기능으로 교체되면 화학적 구조가 다른 polyketide가 생산될 것이다. 새 단위가 삽입되면 복잡성이 증가된 polyketide를 생산할 수 있다. 예를 들어 eryt-hromycin의 경우 조합 다양성 (combinatorial potential)은 PKS의 여러 효소 중 주요한 아실전달효소 AT의 숫자와 유전자 집단내의 모듈 수효 M으로 추측이 가능하다. 즉 \( \mathrm { CP } = \mathrm { AT } _ {\mathrm { L } } \times \left ( \mathrm { AT } _ {\mathrm { E } } \times 4 \right ) ^ {\mathrm { M } } \) 인데 로딩 도메인 (loading domain) 의 특이성별 \( \mathrm { AT } \) 수효 \( \mathrm { AT } _ {\mathrm { L } } \) 과 탄소사슬 길이를 연장하는 말로닐전달효소(malonyltransferase) 수효 \( \mathrm { AT } _ {\mathrm { E } } , \beta \)-carbon 변<p>형 수효 4, 그리고 M이 변수로 작용한다. Erythromycin의 경우 \( \mathrm { M } =6, \mathrm { AT } =3 \) 으로 만 놓아도 대략 \( \mathrm { CP } =10,000,000 \) 이 계산된다. polyketide는 모듈이 다양하기 때문에 조합될 수 있는 잠재력은 크다. 뿐만 아니라 대부분의 항생제는 당을 가지고 있다. 당의 대부분은 데옥시당 (deoxysugar)로 이루어져 있으며, 현재 알려져 있는 데옥시당은 200 여 개 이상이 알려져 있다. 따라서 이들과 조합은 보다 다양한 천연물을 합성할 수 있다. 최근에 이러한 시도로 Streptomyces venezuelae가 생산하는 항생제 methymycin에 데옥시당 형성에 대한 예를 보여주고 있다.</p>