신종식 교수 연구팀, 탈라세믹화를 이용한 다양한 비천연 아미노산의 제조 기술 개발

생명시스템대학 생명공학과의 신종식 교수, 박을수 박사과정생이 생촉매를 이용한 탈라세믹화를 통해 광학 활성 아미노산을 제조하는 기술을 개발했다. 이번 연구결과는 응용화학 분야 전체 71개 저널 중 journal ranking 2위(2013년 기준)의 권위지인 Advanced Synthesis & Catalysis 저널에 2014년 7월 1일 온라인 게재가 되었으며 [논문제목 : Deracemization of Amino Acids by Coupling Transaminases of Opposite Stereoselectivity] 연구결과의 중요성을 인정받아 11월호 인쇄본의 앞 표지 논문으로 선정됐다. 

단백질은 생명현상의 중추적인 기능을 담당하며 20개의 천연 아미노산으로 구성된다. 천연아미노산 이외에도 산업적으로 중요한 수 백개의 비천연 아미노산이 존재하며 제약 및 화학산업의 핵심원료로 사용되고 있다. 예를 들어 L-tert-leucine은 에이즈 치료제 및 항암제의 원료로 사용되며 L-homoalanine은 간질 및 결핵 치료제의 중간체로, D-phenylglycine은 항생제의 중간체로 쓰인다. 

전세계 아미노산 시장은 2012년에 약 20조원 규모이며 연평균 6.8 %의 성장률을 보이고 있다. 아미노산 유도체 및 펩타이드 의약품의 경우 2012년 약 70조원 규모이고, 특히 D-아미노산 시장의 경우 연평균 14.3 %로 높은 성장률을 보이고 있다. 천연 아미노산의 경우 발효에 의해 대량으로 생산되는 공정이 확립되어 있으나 700여 가지에 이르는 비천연 아미노산은 전통적인 발효공정으로는 생산이 불가능하다. 따라서 생촉매공정을 이용한 비천연 아미노산의 생산은 전세계 화학 및 제약업체에서 큰 관심을 가지는 분야이다.

신종식 교수 연구팀은 기존의 비천연 아미노산 생산 공정들의 한계점을 극복할 수 있는 transaminase 기반의 생촉매를 이용한 새로운 아미노산 생산 공정을 개발했다. 아미노산의 아미노기 전달반응을 수행하는 α-transaminase와 아민의 아미노기 전달반응을 수행하는 ω-transaminase의 cascade reaction을 통해 라세믹 아미노산을 광학적으로 순수한 아미노산으로 전환하였다. 탈라세믹화를 통한 아미노산 제조 기술을 이용하여 생촉매의 조합에 따라 L-형 또는 D-형 아미노산을 모두 생산할 수 있었으며, 특히 생촉매의 높은 광학 선택성을 이용하여 광학순도 99% 이상의 아미노산을 생산할 수 있었다. 이 기술의 장점으로는 저렴한 이소프로필아민을 조기질로 사용할 수 있는 점과 탈라세믹화 반응의 부산물 또한 고순도의 아미노산으로써 동시생산이 가능하다는 것이다.

신종식 교수 연구진은 이번 기술에 새로운 생촉매 및 개량된 생촉매를 적용하여 향후 보다 다양한 아미노산을 고순도와 고효율로써 생산할 수 있는 기술을 개발할 예정이다. 이번 연구는 글로벌프론티어사업 차세대 바이오매스 연구단의 지원을 받아 수행됐다.