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이번호 바이오 FOCUS에 소개된 <KBCH 바이오패널 인터뷰>에서 많은 패널분들이 합성생물학과 생명공학을 통한 식량문제 해결에 대한 이슈를 이야기해 주셨습니다. 이에, 이번호 KBCH SHORTS에서는 합성생물학을 접목한 정밀발효 최신 연구 동향과 식품 산업에서의 응용 가능성을 정리한 가톨릭대학교 생명공학과 윤은주 교수의 KBCH브리핑을 짧게 정리해 보았습니다. 더욱 자세한 내용은 GMO 정보포털(www.biosafety.or.kr) KBCH 브리핑에서 확인하실 수 있습니다.

정밀 발효는 미생물 대사공학 및 합성생물학 기술을 접목하여 특정 영양성분이나 기능성 성분을 효율적으로 생산할 수 있는 기술을 말한다. 자연적으로 자생하는 미생물로 식품의 맛과 저장성을 개선했던 기존의 발효 기술과 달리, 정밀 발효는 유전자 편집으로 정교한 미생물의 대사 경로 조정이 가능하다. 이러한 대사 경로 조정은 향후 도래할 것으로 보이는 식량 안보 위기를 해결한 방안으로 주목을 받고 있다. 정밀 발효를 통해 특정 성분의 품질과 생산 효율성을 높일 수 있어 생산성과 경제성이 높아지는 것은 물론, 환경적 영향도 줄일 것으로 기대를 모으고 있지만 유전자조작이 된 미생물의 제품 잔류는 그 규제가 엄격하기 때문에 Generally Recognized as Safe (GRAS) 인증을 받은 최종 산물을 정제하고 GM 미생물을 완벽히 제거하는 경우에 한하여 제한적으로 허용된다.

식품 미생물인 Saccharomyces cerevisisiae는 와인, 맥주, 빵 발효 시 이용되는 효모이다. 여기에 사과산 transporter, malic enzyme 유전자 도입은 발효 시 산도를 낮추고 특유의 시큼한 향을 부드럽게 전환시키는 말로락틱 발효(malolactic fermentation)를 동시에 가능하게 한다. 맥주를 발효시킬 때 미생물에 의한 부패 방지와 향을 가미하기 위해 홉을 첨가한다. 홉에 함유된 대표적인 아로마틱 화합물인 리날룰 및 제라니올을 생합성할 수 있도록 재설계된 S. cerevisisiae를 이용한다면 홉을 첨가하지 않고도 홉의 향을 가미한 맥주 생산이 가능해져 비용 절감 효과를 꾀할 수 있다.

인공착색제는 심각한 건강 문제를 일으키는 것으로 알려진 합성 화학물질에서 파생된 경우가 많아 미생물 발효를 통해 생산되는 생물학적 색소에 기대되는 바가 크다. 이러한 생물학적 색소의 경제적인 생산을 위해서는 미생물 대사공학과 합성생물학 기술이 요구되지만, 소비자 인식 측면에서 큰 이점을 가져올 것으로 기대된다. 발암물질로 알려진 아크릴아마이드는 아미노산과 당이 고온에서 반응할 때 일어나는 갈변이나 향이 풍겨나는 현상인 메일라드 반응(maillard reaction)에 의해 생성된다. 우리에게는 마이야르로 익히 알려진 이 반응은, 감자칩을 만드는 공정에서도 생성될 수 있는데 이를 제거하기 위해 아스파라긴을 분해하는 효소를 과발현 또는 정제해 아크릴 아마이드의 생성을 획기적으로 감소시킬 수 있다.

정밀 발효는 식품 생산 지속 가능성에 대한 기존 농업의 환경적 부담을 완화할 것으로 기대를 모으고 있다. GRAS 인증을 받은 필라멘트 곰팡이 균은 단백질의 구조적 변형을 일으켜 재조합 우유 단백질을 대량 생산할 수 있도록 했다. 이외에도 이산화탄소를 식품 소재로 활용하려는 시도를 통해 이산화탄소 저감화를 꾀하는 등 합성생물학 기반의 정밀 발효 기술은 향후 다양한 방법으로 미래 식품 산업을 선도할 것으로 기대된다.

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