유전공학을 이용하여 박테리아로부터 카로티노이드 생산량을 증가시키기 위한 연구가 진행되고 있다. 물리화학적 돌연변이원을 유도하는 방법중에 자외선과 EMS를 사용한 방법은 약 \( 60 \% \)의 astaxanthin 생산량을 증가시켰고, ARTP 등을 사용하여 돌연변이를 유도하는 방법은 카로티노이드 생산량이 \( 67 \% \) 증가하였으며, 균주의 유전자를 변화시키기 위해 대사 공학적 접근을 통해 카로티노이드 생산량을 증가시키는 방법이 연구되고 있다.
<h2>유전공학을 이용한 카로티노이드 생산 증가</h2> <p>박테리아로부터 생산되는 카로티노이드는 동물이나 식물, 미세조류 등 카로티노이드 생산원들과 비교하여 상대적으로 생산성이 낮아 산업적으로의 이용이 제한된다는 단점이 존재한다. 따라서, 이러한 단점을 극복하고자 박테리아로부터 카로티노이드 생산량을 증가시키기 위한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 이러한 연구들중에서 유전자 변형을 이용하여 카로티노이드 생산 박테리아를 개선하는 연구는 카로티노이드 생산량을 증가시키기 위한 좋은 대안으로 이용되어 왔다.</p> <p>유전자를 조작하기 위해 사용되는 방법 중 물리화학적 돌연변이원을 이용하여 무작위로 박테리아의 돌연변이를 유도하는 방법은 실험이 단순하고 빠르게 조작할 수 있어 많이 이용되는 방법이다. Seo는 카로티노이드 중 astaxanthin을 생산하는 Paracoccus haeundaensis 균주를 자외선과 Ethyl methanesulfonate (EMS)로 돌연 변이를 유도하여 wild type보다 astaxanthin 생산량을 약 \( 60 \% \) 증가시키는 돌연변이 균주를 제작하였다. Wang은 Rhodotor-ula mucilaginosa 균주에 atmospheric and room-temperature plasma (ARTP)로 돌연변이를 유도하였으며, 돌연변이 균주는 wild type보다 카로티노이드 생산량이 \( 67 \% \) 증가하였다.</p> <p>돌연변이를 유도하는 방법은 쉽게 균주의 유전자를 변화시킬 수 있지만, DNA 중에서 무작위로 변이가 일어나고, 카로티노이드 생산량이 증가한 돌연변이 균주 스크리닝이 쉽지 않다는 단점이 존재한다. 따라서 균주의 유전자를 변화시키기 위해 돌연변이 유도 이외에 원하는 유전자의 과발현 유도, 카로티노이드 생산 경로 변경 등 대사 공학적 접근을 통해 카로티노이드 생산량을 증가시키는 방법이 선호된다. Jeong은 non-mevalonate pathway 유전자와 astaxanthin 생합성 경로의 효소들을 \( E \). coli에 형질 전환하여 astaxanthin을 생산하였다. 이 때, non-mevalonate pathway 유전자들 중에서 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate synthase \( (d x s) \), isopentenyl diphosphate isomerase \((i d i)\) 유전자의 발현량이 증가하였을 때, astaxanthin 생산량이 증가한다고 보고하였다. Taniguchi의 연구에서는 Coryne-bacterium glutamicum에서 유전자의 발현을 조절하는 sig-ma factor 중 하나인 sigA의 과발현을 유도하여 lycopene, \( \beta \)-carotene, decaprenoxanthin 등의 카로티노이드 발현량을 최대 8배 증가시켰다.</p> <p>지난 수십년 동안 카로티노이드 생합성 분야에서 계속적인 연구가 진행되었으며, 이러한 연구는 카로티노이드 생합성 유전자의 대사 경로 및 기능과 활성에 관한 연구도 포함된다. 이러한 연구의 결과로 카로티노이드를 생합성하는 다양한 유전자를 조합, 유전자의 발현량을 조절 및 카로티노이드 생합성 단계에서 다른 대사 경로를 차단 등의 방법을 통해 박테리아에서 연구자가 목표로 하는 카로티노이드의 생산을 유도할 수 있으며, 카로티노이드 생산량을 증가시킬 수 있다.</p>