바이오 에너지원으로 해조류를 이용할 수 있으며, 에탄올 생산은 고분자 탄수화물의 당화, 포도당이나 갈락토오스 같은 단당류의 생산, 단당류에서 에탄올을 생산하는 과정이 필요한데, 홍조류의 당화에는 marine amylase와 agarase를 이용할 수 있다. 이런 agarase는 해조류의 종자 개량용 원형질체를 제작하는 과정에서 이용될 수 있다. 또한 유용단백질을 이종 숙주에서 대량생산할 때, agarase는 세포외로 분비되는 신호서열을 가지고 있어 도입된 유전자의 생산을 원활하게 할수 있다. 추가로 Agarase가 배지로 분비되면 쉽게 관찰할 수 있는 장점이 있다.
<h2>해조류의 원형질체(protoplast) 제작</h2><p>해조류로부터 불안정한 생리물질의 추출과 cell-fusion 등을 통한 해조류의 종자 개량용 원형질체를 제작하는 과정에 agarase가 이용되는데, 이때 효소활성의 최적온도는 적용대상 세포를 사멸시키지 않는 저온이 좋다.</p><h2>보고자(reporter), chimera 단백질 및 분비용 signal peptide</h2><p>유용단백질을 이종 숙주에서 대량생산할 때에 세포를 파괴하는 과정에 의해 공정이 복잡해지고 비용이 상승할 수 있어 단백질을 분비형으로 발현시키면 생산이 용이할 수 있다. Agarase가 배지로 분비되면 쉽게 관찰이 가능한 장점이 있는데, AgaV는 Vibrio sp. V134 균주유래의 유전자로 그람양성과 그람음성 세균 모두에서 분비발현의 신호를 확인하는 보고자(reporter)로 사용이 가능하다. Widdic 등은 Tat(Twin-arginine translocation) pathway가 모든 세포에서 단백질분비에 사용이 가능하다는 것을 agarase를 이용한 생산으로 이를 규명하였으며 생리현상 등을 파악하는 기초연구에 agarase가 유용하다는 것을 증명하였다.</p><p>또한, 분비형 agarase는 세포외로 분비되는 신호서열(signal peptide)을 가지고 있는데, 이 분비신호를 이용하여 도입된 유전자의 생산을 원활하게 할 수 있다. Sugano 등은 Vibrio sp. JT0107 균주의 분비형 \( \beta \)-agarase 유전자를 분석하여 20개 아미노산의 신호서열을 파악하였다. 양식어류의 질병균에 대한 백신을 제조하기 위한 항원의 이종 숙주를 이용한 생산에 agarase 유전자인 AgaV 의 신호서열을 이용한 chimera 단백질을 생산하여 백신의 효율을 높였다. Vallin 등은 Mycobacterium tuberculosis 단백질의 생산에 Streptomyces coelicolor 유래의 agarase 유전자인 dagA 의 프로모터와 신호서열을 이용하였다.</p><h2>바이오 에너지 (bioenergy)</h2><p>화석 연료의 고갈과 환경 오염 문제 그리고 원자력의 위험성 등으로 안전하고 재생 가능한 에너지의 개발에 대한 관심이 높아 지고 있다. 지구상에서 가장 풍부한 유기탄소원은 식물의 세포벽으로 식물의 구조 다당류로 원유 6천억 배럴에 해당하는 바이오에탄올을 생산할 수 있으며, 광합성에 의해 지속적으로 유기 탄소원이 합성되어 무한정 사용할 수 있는 장점이 있다. 육상 식물의 세포벽은 hemicellulose 등으로 구성 되어 있어 분해가 어렵고 2차 오염을 일으키는 물질이 있어, 재생 가능한 연료를 생산하는 원료로는 부적합 하기 때문에 옥수수 등이 원료로 사용되고 있지만 이는 식량 가격의 상승을 부추기는 요소가 되었다. 이러한 부작용을 방지할 수 있는 원료로서 최근 해조류가 부각되고 있으며, 특히 홍조류는 목질계 바이오 에탄올 생산에 필수적인 리그닌 제거 단계가 필요 없고, 탄수화물의 구성비가 높아 바이오 에탄올 생산에 접합한 원료로 알려졌다.</p><p>해조류를 이용한 바이오 에탄올 생산은 고분자 탄수화물의 당화, 포도당이나 갈락토오스 같은 단당류의 생산, 단당류에서 에탄올을 생산하는 과정을 거친다. 즉, 바이오 에탄올을 생산하기 위해서는 우선 탄수화물의 당화가 필수적인데, 홍조류의 당화에는 marine amylase와 agarase가 이용된다. 또한, agarase의 분해산물에서 단당류인 galactose 등을 생산하기 위해서는 neoagarobiose hydrolase NABH가 필요하며, 이후 생산된 단당류를 이용하여 바이오에탄올의 생산이 가능하다. NABH도 세포에서의 위치에 따라 분비형, 원형질막주위형, 세포질형 등으로 구분되는데, 향후 목적에 맞게 이종 숙주를 이용한 생산이 가능할 것이다. 현재로는 값비싼 agarose를 기질로 아세트산, agarase, NABH 등을 이용하여 단당류를 만들고 이를 효모로 발효시켜 바이오에탄올을 생산하므로 경제성이 낮지만 추후 저렴한 한천을 기질로 사용하면 산업적 응용 가능성이 높아질 것이다.</p><h2>Galactose의 생산</h2><p>Galactose와 AHG는 한천의 구성 성분이며 다양한 특수 기능성 물질 합성의 출발 물질로 사용될 수 있는 chemical feed stock이다. Galactose는 기능성 감미료인 tagatose 등의 원료 물질이며, AHG는 바이오 항암제나 당뇨 치료제의 후보 물질 가운데 하나로 영국의 Carbosynth 사에서 유일하게 생산되고 있는데 \( 1 \mathrm{g} \)당 판매 가격은 2600달러이다. 가격이 저렴한 한천에 \( \beta \)-agarase를 처리하면 NA2의 생산이 가능하고, NABH를 이용하여 NA2에서 galactose와 AHG를 만들 수 있다. 한천에서 AHG의 생산을 위한 연구도 보고되고 있다.</p>