Mannitol은 6탄당 유래의 당알코올로, 인체 내에서 잘 대사되지 않아 저칼로리 감미료나 충치 예방 기능성 소재로 활용될 수 있다. 일반적으로 고온·고압 하에서 수소화 반응을 통해 mannitol과 sorbitol의 혼합 반응산물이 얻어지며, 결정화 과정을 통해 mannitol로 회수된다. 그러나, sorbitol 생성을 최소화하고 mannitol만을 얻기 위한 유산균 발효 연구가 시도되었으며, 대장균을 이용하여 glucose를 직접 mannitol로 전환하는 기술
 
 도 보고되었다. 더불어, fructose를 mannitol로 전환하는 효소생산 기술도 개발되었으며, 이 때 사용된 MDH 효소는 서열 상동성, 단백질 크기, 조효소 결합부위 motif 서열 등에 따라 세 가지로 분류된다.
<h1>서 론</h1> <p>Mannitol \( \left ( \mathrm { C } _ { 6 } \mathrm { H } _ { 14 } \mathrm { O } _ { 6 } \right ) \)은 당의 aldehyde 혹은 ketone기를 환원하여 얻어지는 6탄당 유래의 당알코올로 인체 내에서 잘 대사되지 않기 때문에 저칼로리 감미료 또는 충치 예방 등의 기능성 소재로 식품, 화장품, 의약품 산업 등의 분야에서 널리 활용될 수 있다. 일반적으로 동량의 glucose와 fructose를 혼합한 후, 고온·고압 하에서 Raney nickel 촉매를 이용한 수소화 반응에 의해, \( 30 \% \) mannitol과 \( 70 \% \) sorbitol의 혼합 반응산물이 얻어지며, 다시 결정화 과정을 통해 manntiol의 형태로 회수된다. 그러나, 이러한 화학적 방법 보다 단순하고 효율적인 공정을 통해 생산수율을 높이고 정제비용을 절감하기 위하여 부산물인 sorbitol의 생성을 최소화하고 mannitol만을 얻기 위한 유산균 발효 연구가 시도되었으며, 대장균을 이용하여 glucose를 직접 mannitol로 전환하는 기술도 보고되었다. 또한 고정화 mannitol dehydrogenase (MDH)와 \( \mathrm { NAD } ( \mathrm { P } ) \mathrm { H } \) 조효소의 재순환 방법을 이용하여 fructose를 mannitol로 전환하는 효소생산 기술도 개발되었다.</p> <p>MDH는 \( \mathrm { NAD } ( \mathrm { P } ) ^ { + } \)를 조효소로 이용하여 mannitol을 fructose로 산화시키거나, \( \mathrm { NAD } ( \mathrm { P } ) \mathrm { H } \) 를 사용하여 fructose를 mannitol로 환원시키는 dehydrogenase/reductase (DR) family에 속하는 효소이다. 이러한 MDH 효소들은 서열 상동성, 단백질의 크기, 조효소 결합부위 motif 서열 등의 유사성에 따라 short chain (SDR), medium chain (MDR), long chain (LDR)의 3종류로 분류된다. 주로 곰팡이에서 유래하며 약 250개 이하의 아미노산으로 이루어진 SDR은 촉매활성을 위해 금속이온을 필요로 하지 않는다. 주로 \( \mathrm { Zn } ^ { 2 + } \) 의존적인 특성을 나타내며 일부 세균에서 발견되는 MDR은 약 350개 이하의 아미노산 잔기로 구성된다. 마지막으로 다가 알코올에 특이적이며 주로 세균에서 유래하는 monomer 형태의 LDR은 약 350-560개의 아미노산으로 구성된 가장 큰 크기의 MDH로 알려져 있다.</p> <p>Mannitol은 세균, 곰팡이, 조류, 효모 등의 미생물과 과일, 채소를 포함한 대부분의 고등식물체에 널리 분포하며, 세포 내에 축적되어 대사과정의 불활성화를 방지하는 호환성 용질로써 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 곰팡이에서는 주된 저장 다당체로 삼투압 조절 및 스트레스 내성에 중요한 기능을 하며, 병원성 미생물에서는 숙주의 면역체계에서 활성산소에 대한 항산화 방어기작을 하는 자유라디칼 제거 활성을 가지고 있어 독성요인으로 작용할 수 있다. 병원성 곰팡이의 mannitol 생산에 관여하는 MDH가 알레르기성 질환을 유발하는 항원으로 작용한다는 연구 보고도 있다.</p>