의학과 산업 분야에서 단백질의 수요 증가에 따른 생산 방법에 대한 연구는 주로 미생물 배양 시스템을 중심으로 이루어지며, 이는 비용과 안전성 문제를 수반한다. 그러나 최근에는 엽록체 형질전환을 활용한 방법이 주목받고 있다. 이 방법은 엽육세포당 다량의 게놈 복사, 도입 유전자의 안정적인 위치 삽입, 엽록체의 모계유전 특성 등을 활용하여 대량의 유용 단백질을 생산할 수 있다. 이 기술이 외래 단백질의 대량생산에 널리 사용되려면 효율적인 엽록체형질전환 벡터와 안정적인 엽록체 형질전환 시스템 개발이 필요하다. 이를 목적으로 본 연구에서는 느타리버섯에서 분리한 laccase 유전자를 담배의 엽록체 genome에 도입하여 laccase 단백질 생산 가능성을 조사하였다.
<h1>서 론</h1> <p>의학의 발달과 산업화가 진행됨에 따라 의료용 단백질과 산업용 단백질의 수요가 증가하고 있다. 이러한 단백질의 생산에 있어서 현재까지는 주로 미생물 배양 시스템 등을 통해서 이루어지고 있는데, 생산비용 등의 경제적 측면과 안전성 등에 적지 않은 문제점들을 안고 있다. 이러한 문제점들을 해결하기 위한 방법 중의 하나로 식물체에서 유용단백질을 생산하고자 하는 연구가 활발하게 진행되어 왔다 (reviewed by Giddings et al. 2000, Streatfield 2007). 이러한 단백질들을 식물에서 생산할 경우, 대량생산의 용이성이 탁월하고, 바이러스나 독소 오염의 위험성이 거의 없어 안전성이 높으며, 타 시스템에 비해 압도적으로 생산단가가 낮다는 장점을 가지고 있다. 현재까지 식물체에서 외래 단백질을 생산하기 위해 도입하는 유전자는 주로 핵으로 도입되고 있는데 (핵 형질전환), 핵 형질전환의 경우, 목표 단백질의 발현양이 0.1 \% TSP (total soluble protein) 이하 수준으로 매우 낮으며, 목표유전자가 도입된 부위에 따라 형질전환 개체의 발현양이 일정하지 않아 (위치효과) 많은 수의 형질전환개체를 생산해야 하는 문제점을 안고 있다 (Kooter et al. 1999, Day et al. 2000).</p> <p>한편, 최근에 연구가 활발히 이루어지고 있는 엽록체 형질전환을 이용한 시스템은 1) 엽육세포 1 개당 10,000 copy의 게놈이 존재하여 대량발현이 가능하고, 2) 도입 유전자가, 정해진 위치에 삽입되어 형질전환개체 간 변이가 거의 없으며, 3) 엽록체는 모계유전이므로 도입한 외래 유전자가 꽃가루에 의해 다른 식물체로 전파될 가능성이 거의 없다는 점 등 유용단백질의 효율적인 대량생산 시스템으로서의 유용성이 기대되고 있다 (reviewed by Daniell et al. 1998, Scottet al. 1999, De Cosa et al. 2001, Daniell 2001, Elizabeth et al. 2002). 그러나 아직 연구의 역사가 짧아서 광범위한 적용이 어려운 상태로 향후 상당한 기술축적이 필요하다. 외래단백질의 대량생산에 있어서 엽록체 형질전환 기술이 보편적으로 사용할 수 있는 기술로서 정착을 하기 위해서는 우선 외래 단백질의 안정적 대량생산에 직결되는 효율적인 엽록체형질전환 벡터의 개발 및 안정적인 엽록체 형질전환 시스템의 개발이 필요하다.</p> <p>한편, 산업용 효소로서 널리 이용되고 있는 laccase (EC 1.10.3.2)는 각종 미생물이나 균류에 분포하고 있는 oxidase로서 목재의 리그닌을 분해하므로 펄프나 섬유산업 등에서 이용가치가 높은 효소이다 (reviewed by Kirk et al. 1987, Higuchi 1990, Alfred and Richard 2002). 또한 최근에는 플라스틱 가역제, 플라스틱 수지나 비이온계 계면활성제 원재료등의 일반 산업 화학물질에서 다이옥신이 지적이 되고 있는데, laccase가 이들 다이옥신을 분해할 수 있는 능력을 가지고 있다는 연구결과 등에 의해 그 산업적 이용가치가 높음에도 불구하고 높은 생산비용은 대량생산에 있어서의 장애물이 되고 있다 (Paszczynski et al. 1992, Spadaro et al. 1992, Alfred and Richard 2002). 최근에는 laccase의 식물세포에서의 생산을 시도한 연구가 보고 되었지만 laccase 단백질의 발현양은 식물의 총 가용성 단백질의 \( 1 \% \) 이하로 매우 낮다. (Hood et al. 1997, Hood et al. 2003). 그러므로 본 연구에서는 식물 엽록체 형질전환 기술의 장점을 최대한 이용하여, 여러 laccase 단백질 중 느타리버섯 (Pleurotus ostreatus cv. Florida) 균사체 (KCTC 26133)에서 분리한 laccase 유전자를 담배의 엽록체 genome에 도입하여 담배에서의 laccase 단백질 생산이 가능한가를 알아보는 것을 목적으로 하였다.</p>