카로티노이드는 다양한 생리활성을 보유하고 있으며, 이를 활용한 산업적 용도는 착색제, 식품첨가제, 기능성 식품, 화장품 원료, 사료 등으로 다양하다. 카로티노이드의 생산 방법은 화학 합성, 동식물에서의 추출, 미생물에 의한 생산 등이 있으며, 특히 박테리아를 활용한 카로티노이드 생산은 식물이나 동물로부터의 생산에 대한 효과적인 대안으로 작용한다. 박테리아의 이용은 원료 수급과 배양 조건 유지의 편리성을 제공하며 높은 생산량을 유지할 수 있음을 강조한다.
<h1>서 론</h1> <p>카로티노이드(carotenoid)는 자연계에 존재하는 지용성의 색소로 붉은색, 주황색, 황색 등의 색을 가지는 생리활성물질로 알려져 있다. 카로티노이드는 이소프레노이드 화합물로 주로 40 개의 탄소 backbone을 가지며 \( \left(\mathrm{C}_{40}\right) \), 이외에도 탄소 수에 따라 \( \mathrm{C}_{30}, \mathrm{C}_{50} \) 계열 등의 카로티노이드도 존재한다. 이러한 카로티노이드는 주로 세균, 미세조류, 효모, 곰팡이, 식물 등에서 생합성되는 것으로 알려져 있다. 현재까지 발견된 카로티노이드는 약 1,100종이 넘는 것으로 알려져 있으며, 대표적인 카로티노이드로는 주로 채소나 과일 등에 존재하는 lycopene, \( \beta \)-car-otene, zeaxanthin과 갑각류 및 연어과의 어류에서 발견되는 astaxanthin 등이 있다.</p> <p>카로티노이드는 많은 연구를 통해 다양한 생리활성을 가지는 것으로 보고되었다. 대표적인 카로티노이드의 기능으로는 다음과 같은 것이 있다. 첫째, 일부 카로티노이드는 provitamin의 역할을 수행한다. Vitamin A는 reti-nol이라고 불리는 물질로 면역 체계에 작용하는 것으로 알려져 있는 인체에 필수적인 물질이다. 이 Vitamin A는 provitamin A로 불리는 \( \alpha \)-carotene, \( \beta \)-carotene, \( \gamma \)-car-otene, \( \beta \)-Cryptoxanthin 등의 카로티노이드가 세포 내 대사 과정을 통해 생성될 수 있으며, 이러한 카로티노이드는 provitamin A라고 불리고 있다. 둘째, 카로티노이드는 공액이중결합을 기지며, 그 구조에 의해 항산화 활성을 나타낸다. 세포 내에서 생성된 라디칼들은 DNA, 단백질, 탄수화물 및 지질과 같은 생물학적으로 관련된 분자들과 반응하여 손상을 유발한다. 카로티노이드는 라디칼 소거에 관여하여 라디칼에 의해 발생하는 여러 분자들의 손상을 효과적으로 차단한다. 셋째, 카로티노이드는 항염증 활성을 가진다. Astaxanthin, lycopene, \( \beta \)-car-otene, zeaxanthin과 같은 카로디노이드는 세포 내에서 염증과 관련된 신호 전달 경로에 관여하여 항염증 활성을 가지는 것으로 보고되었다. 넷째, 카로티노이드는 항암 활성이 있는 것으로 보고되었다. 다양한 연구에서 카로티노이드는 세포 신호 전달 경로에서 발암을 유발하는 단계를 약화시키고, 세포의 apoptosis를 유도 및 세포주기를 조절하는 것으로 확인되었다.</p> <p>카로티노이드는 지용성의 색소라는 특성과 다양한 생리 활성으로 착색제, 식품첨가제, 기능성 식품, 화장품 원료, 축산, 양식 및 관상어 사료 등 산업적으로 이용된다. 카로티노이드를 생산하는 방법으로는 화학 합성, 카로티노이드를 생산 또는 축적하는 동식물 원료로부터 추출, 미생물에 의한 생산 등이 있다. 이 중 화학 합성의 경우 안전성의 문제로 사용이 제한적이며, 동식물 원료로부터 추출하는 방법은 원료 확보의 어려움, 높은 추출 경비 등으로 가격대가 높아 산업적으로 어려움이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 현재는 미생물을 이용한 카로티노이드 생산을 선호하고 있다.</p> <p>카로티노이드를 생산하는 다양한 미생물 중에서 박테리아를 이용한 카로티노이드 생산은 식물이나 동물로부터 카로티노이드를 생산하는 것에 대한 대안이 될 수 있다. 박테리아를 이용하는 경우 원료 수급 및 배양 조건 유지의 편리성으로 높은 생산량을 유지할 수 있다. 그리고 배양에 필요한 영양 성분을 산업 및 농업 폐기물에서 발생하는 유기물로 대체하여 폐기물을 고가의 산물로 전환할 수 있다는 장점도 있다. 또한 박테리아는 식물이나 곰팡이, 미세조류 등과 비교하여 유전자 조작이 쉬워 카로티노이드 생산량을 높이기 위한 유전자 조작이 용이하다.</p> <p>따라서, 본 논문에서는 산업적으로 유용한 카로티노이드의 생산에서 박테리아의 중요성 및 박테리아에서 카로티노이드의 생산성을 증가시키기 위해 시도된 연구들을 설명하고자 한다.</p>