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미생물을 이용한 L-트립토판 유래 방향족 화합물 생산 최근 연구

Recent Research Progress in the Microbial Production of Aromatic Compounds Derived from L-Tryptophan

Journal of Life Science 2020년 30권 10호 p.919 ~ 929
이지영, 이진호,
소속 상세정보
이지영 ( Lee Ji-Yeong ) - Kyungsung University School of Food Biotechnology & Nutrition
이진호 ( Lee Jin-Ho ) - Kyungsung University School of Food Biotechnology & Nutrition

Abstract

방향족 화합물은 화학, 식품, 고분자, 화장품, 의약 산업 등에 이용되는 중요한 물질로, 현재까지 대부분 화학 합성법 또는 식물 추출법으로 만들어진다. 그러나, 화석 연료의 고갈, 지구 온난화, 환경규제의 강화, 식물자원의 과다한 채취 등의 많은 위협요인에 직면하면서 재생 가능한 생물자원을 이용한 미생물을 이용한 생물공학적 방법으로 방향족 화합물을 생산하는 것은 매우 유망한 대안이다. 대사공학이 합성생물학과 접목되면서, L-트립토판 생합성 경로 유래의 인공 생합성 경로가 재 구축되어 5-히드록시트립토판, 세로토닌, 멜라토닌, 7-염화-L-트립토판, 7-브로모-L-트립토판, 인디고, 인디루빈, 인돌-3-초산, 바이오라세인, 데옥시바이오라세인과 같은 다양한 고부가 화합물을 생산할 수 있게 되었다. 본 총설은 이러한 방향족 화합물의 특성, 용도, 생합성 경로를 요약하였다. 또한 방향족 화합물을 미생물을 이용하여 생산하기 위한 최신의 대사공학 전략과 생산 농도를 올리는데 제기되는 문제들을 극복하기 위한 해결방안 등을 정리하여 보고한다. 시스템 대사 공학에 기반한 균주 개발과 재생 가능한 생물자원을 사용한 배지 및 생물공정의 최적화가 이루어지면 방향족 화합물의 미생물 생산을 위한 상업적으로 실행 가능한 기술 개발을 가능하게 할 것으로 예상된다.

Aromatic compounds are widely used in the chemical, food, polymer, cosmetic, and pharmaceutical industries and are produced by mainly chemical synthesis using benzene, toluene, and xylene or by plant extraction methods. Due to many rising threats, including the depletion of fossil fuels, global warming, the strengthening of international environmental regulations, and the excessive harvesting of plant resources, the microbial production of aromatic compounds using renewable biomass is regarded as a promising alternative. By integrating metabolic engineering with synthetic and systems biology, artificial biosynthetic pathways have been reconstituted from L-tryptophan biosynthetic pathway in relevant microorganisms, such as Escherichia coli and Corynebacterium glutamicum, enabling the production of a variety of value-added aromatic compounds, such as 5-hydroxytryptophan, serotonin, melatonin, 7-chloro-L-tryptophan, 7-bromo-L-tryptophan, indigo, indirubin, indole-3-acetic acid, violacein, and dexoyviolacein. In this review, we summarize the characteristics, usage, and biosynthetic pathways of these aromatic compounds and highlight the latest metabolic engineering strategies for the microbial production of aromatic compounds and suitable solution strategies to overcome problems in increasing production titers. It is expected that strain development based on systems metabolic engineering and the optimization of media and bioprocesses using renewable biomass will enable the development of commercially viable technologies for the microbial production of many aromatic compounds.

키워드

Aromatic compound; L-tryptophan; metabolic engineering; microbial production

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