이소프레노이드는 이소프렌 복합체이며, 신진대사와 세포의 구조에 중요한 역할을 하는 등 자연계에 널리 존재하는 물질이다. 이소프레노이드를 전구체로 하는 카로티노이드 생합성 과정에서 GGPP가 합성되는데, 이는 crtE에 의해 암호화되어있다. 본 연구에서는 특정 세균 DNA에서 GGPP 합성을 암호화하는 유전자를 복제하여 라이코펜 생합성을 유도하였다.
<h1>서 론</h1><p>이소프레노이드(isoprenoid)는 자연계에 널리 존재하는 물질로 이소프렌\( \left(\mathrm{C}_{5}\right) \) 단위가 반복적으로 구성된 생체분자이며, 현재까지 약 55,000개 정도의 물질이 이소프레노이드 또는 테르페노이드(terpenoid)로 알려져 있다.이러한 이소프레노이드를 전구체로 하여 생산되는 생체 내 대사산물로는 카로티노이드(carotenoid), 세포막 성분인 스테롤(sterol), 단백질의 당화과정(glycosylation)에 첨가되는 돌리콜(dolichol), 전자전달계의 유비퀴논(ubiquinone), 전사과정의 isopentenylated tRNA, 호르몬으로 앱시스산(abscisic acid), 시토카인(cytokinins), 지베렐린(giberellic acid), 스테로이드 호르몬 등이 있으며 이들은 신진대사와 세포의 구조에 매우 중요한 역할을 한다.</p><p>이소프레노이드를 전구체로 하여 생산되는 다양한 생리활성 물질군 중 카로티노이드 생합성 과정을 살펴보면 Fig. 1에서와 같이 farnesyl pyrophosphate (FPP)와 isopentenyl py-rophosphate (IPP)가 축합되어 geranylgeranyl py-rophosphate (GGPP)가 생산된다. 이러한 GGPP 생합성에 관여하는 geranylgeranyl pyrophosphate synthase (GGPP syn-thase; CrtE)는 prenyltransferase 그룹에 속하는 효소로 두 개의 동일한 폴리펩티드로 이루어져 있으며, 이들 대부분은 전구체를 mono-, sesqui-, diterpenoids로 만드는 역할을 하기 때문에 생체 내에서 테르페노이드 생합성의 중요한 분지점 효소로서 보고되고 있다. GGPP synthase에 의해 합성된 GGPP는 생물체마다 서로 다른 역할을 다양하게 수행하고 있으며, 진핵생물의 경우 prenylation된 단백질의 \( \mathrm{C}_{20} \) 지질 일부분을 합성하기 위한 필수적인 전구체이며, 식물과 다양한 미생물의 경우는 카로티노이드 생합성에 있어서 필수적인 전구체이다[11].</p><p>카로티노이드를 생합성하는 식물 및 미생물에서 이들이 생산하는 첫번째 카로티노이드는 파이토엔(phytoene)이며, 이는 두 분자의 GGPP가 축합될 때 생성된다. 이처럼 \( \mathrm{C}_{30}, \mathrm{C}_{40} \) 및 \( \mathrm{C}_{50} \)의 카로티노이드가 생체 내에서 생합성 되기 위해서는 카로티노이드 생합성 경로에서 GGPP가 반드시 필요한 기질이 된다. 이러한 GGPP을 생합성하는 GGPP synthase는 crtE에 의해 암호화 되어 있으며, 현재까지 세균에서 밝혀진 crtE는 Kocuria rhizophila (accession no. NC010617),Micrococcus luteus (accession no. ZP06502819),Arthrobacter arilaitensis (accession no. YP003916548) ,Clavibacter michiganensis (accession no. YP001711260) ,Sanguibacter keddieii (accession no. YP003314051) ,Paracoccus haetmdaensis (accession no. AY957386) 등에서 클로닝 되어 보고되었다.</p><p>본 연구에서는 Kacuria gwangalliensis의 genomic DNA에서 GGPP 생합성에 관여하는 GGPP synthase를 암호화하는 crtE 유전자를 클로닝하여 대장균에서 발현시킨 후, 본 저자에 의해 연구 및 보고된 P. haeundaensis의 카로티노이드 생합성 유전자 (crtB 및 crtI)와 새롭게 분리된 K gwangalliensis의 crtE유전자를 이용하여 라이코펜 생합성을 유도하였다. 또한 이들 유전자에 의해 발현되는 효소들의 작용에 의해 생산된 라이코펜을 HPLC을 이용하여 대장균에서 라이코펜 생산 유무를 검증하였다. 이와 같은 연구 결과는 새로이 밝혀진 K. gwangal-liensis가 생합성하는 카로티노이드의 조절 메커니즘을 이해하고 비카로티노이드 생합성 균주에서 카로티노이드의 생산 및 생산증대 연구에 대한 기초 데이터를 제공할 것이다.</p>