유전자 재조합 기술을 이용하여 ALA 대량생산 균주를 개발하고 생산수율을 높이는 연구가 활발히 이루어지고 있으나, 대부분의 연구가 inducible promotor를 이용하기 때문에 IPTG와 같은 고가의 유도물질을 사용해야 하는 등의 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 기 구축된 발현시스템을 사용하여 재조합 대장균의 배양 온도, 기질 종류 및 적정 농도 등의 배양 조건을 더욱 자세하게 조사하고 이를 jar fermenter 수준의 발효에 적용하여 기존의 연구 결과에 비해 높은 농도의 ALA를 얻을 수 있도록 하였다.
<h1>서 론</h1> <p>5-aminolevulinic acid(ALA)는 heme, chlorophyll, porphyrin 등의 pyrrole 화합물을 합성하는 전구물질로서 대부분의 생물체에서 합성된다. 생체내 ALA 생합성에는 두 가지 경로가 알려져 있는데 동물, 효모, 진균 및 일부 세균에서는 succinyl CoA와 glycine을 기질로 하여 ALA synthase (HemA)에 의해 합성된다 \( \left ( \mathrm { C } _ { 4 } \right . \) pathway). 한편, 식물 및 cyanobacteria 등의 일부 세균에서는 glutamic acid를 전구물질로 사용하여 \( \mathrm { ALA } \) 가 합성되는 \( \mathrm { C } _ { 5 } \) pathway가 알려져 있다. ALA의 용도는 다양하게 알려져 있는뎨, heme 구조를 가진 각종 효소나 비타민 \( \mathrm { B } _ { 12 } \) 의 전구물질로 사용될 뿐만 아니라, 암 진단 및 치료제, 생물농약, 동물 및 어류의 생산성 향상 등과 같이 다양한 분야에서 연구되고 있다.</p> <p>이와 같이 다양한 용도를 가진 ALA를 산업적으로 이용하기 위해서는 경제적으로 생산하는 기술이 필요하다. ALA 의 화학적 합성은 합성 단계가 복잡할 뿐만 아니라 생산수율이 낮은 것으로 알려져 있으며, 광합성 세균 또는 조류의 야생주 또는 변이주를 이용한 생물학적 생산방법은 배양 시에 빛을 조사해야 한다든지, 장시간 배양에 의한 생 산비용 증가 등의 단점이 있다. 따라서, 유전자 재조합 기술을 이용하여 ALA 대량생산 균주를 개발함으로써 ALA 의 생산수율을 향상시키는 연구가 최근 들어 활발히 이루 어지고 있다. 즉, 광합성 세균인 Rhodobacter sp., Rhodopseudomonas sp. 또는 Bradyrhizobium japonicum 유래의 ALA 생합성 유전자 \( (h e m A) \) 를 대장균에서 발현시 키거나, 대장균의 \( \mathrm { C } _ { 4 } \) 대사경로 조절을 통하여 [30] ALA의 생산성을 향상시키는 경우가 대부분이다. 하지만, 이러한 연 구의 대부분은 inducible promotor를 이용하여 ALA생합성 유전자를 발현시키는 방법으로서 IPTG와 같은 고가의 유 도물질을 사용해야 하는 단점이 있으며, 또한 ALA 생산성 을 향상시키기 위해 ALA분해억제물질을 배양 도중에 첨가 해야 하는 문제점이 있다. Kang 등은 Rhodobacter capsulatus 유래의 \( (h e m A) \) 유전자를 항시발현벡터에 클로닝한 후 대장균에서 발현시킴으로써, 고가의 유도물질이나 ALA 분해 억제물질을 사용하지 않고도 ALA를 생산할 수 있음을 기 보고한 바 있다. 본 연구에서는, 기 구축된 발현시스 템을 사용하여 재조합대장균의 배양온도, 기질의 종류 및 적 정 농도 등의 배양조건들을 보다 자세히 조사하고 이를 jar fermenter 수준의 발효에 적용함으로써, 기 보고들에 비해 높은 농도의 ALA를 배양액으로부터 얻을 수 있었다.</p>