인천대·POSTECH·서울대·UNIST 공동 연구팀, 미생물 균주 최적화 플랫폼 개발

최적의 유전자 변이 조합 실험적 규명
고속·정밀 균주 개발 병목 해소한 기술

△(상단 왼쪽부터) POSTECH 정규열 교수(교신저자), 인천대 장성호 교수(공동 교신저자), 서울대 서상우 교수(공동 교신저자) △(하단 왼쪽부터) 세계김치연구소 황재성 박사(제1저자), 전남대 한용희 교수(공동 제1저자), UNIST 김동혁 교수(공동저자)/제공=인천대

인천대학교·POSTECH·서울대학교·UNIST 공동 연구팀이 친환경 산업 전환을 견인할 통합 미생물 균주 최적화 플랫폼 'iTARGET'을 개발했다고 3일 밝혔다.

'iTARGET'은 복합 유전자 변이의 시너지 효과를 실험적으로 규명해 고부가가치 천연물 '나린제닌(naringenin)' 생산성을 기존 대비 2.8배 향상시키며 높은 산업적 활용 가능성을 입증했다.

산업계에서는 탄소 배출을 줄이고 지속가능성을 확보하기 위해, 석유 기반 화학 공정을 대체할 바이오 기반 생산 기술의 도입이 절실하다. 이때 핵심은 재생 가능한 자원을 활용해 유용한 화합물을 빠르고 효율적으로 합성할 수 있는 우수 미생물 균주 개발이다. 그러나 미생물 유전체는 복잡한 대사 네트워크와 유전자 간 상호작용으로 얽혀 있어, 기존의 이론적 설계나 단일 유전자 변이 방식으로는 원하는 수준의 성능 개선을 예측·실현하기 어렵다는 한계가 있었다.

공동 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해, 트랜스포존 기반 돌연변이 유도, 바이오센서 연동 선별, MAGE 기반 다중 유전체 편집 기술을 하나의 워크플로우로 통합한 플랫폼(iTARGET)을 구축했다.

이 시스템을 활용해 대장균 유전체 내 생산성 향상에 기여하는 후보 유전자 9개를 신속히 확보했고, 이들 간 조합을 대규모로 탐색해 최적의 유전자 변이 조합을 실험적으로 규명했다. 특히 바이오센서 기반 선별 기술은 기존 대비 높은 속도와 정밀도로 변이주를 식별해 고효율 균주 확보에 중요한 역할을 했다.

iTARGET은 ▲'합리적 설계' 중심의 기존 방식이 가진 한계를 보완하고 ▲복합 유전자 변이에 따른 시너지 효과를 실제 실험으로 검증하며 ▲대규모 균주 스크리닝을 가능하게 한 점에서 기술적 차별성이 크다. 연구팀은 이 플랫폼이 향후 친환경 소재, 의약품, 신소재 등 다양한 바이오 제조 분야에서 신속한 균주 개발의 표준으로 자리 잡을 것으로 전망한다.

공동 교신저자인 인천대학교 장성호 교수는 "이번 연구는 대사공학 분야에서 오랜 시간 해결되지 못했던 고속·정밀 균주 개발의 병목을 해소한 기술"이라며 "바이오소재와 의약품 생산의 산업적 진입장벽을 크게 낮출 수 있을 것"이라고 말했다. 또한 교신저자인 POSTECH 정규열 교수는 "플랫폼의 가능성이 충분히 검증된 만큼, 실제 산업 적용과 새로운 바이오화합물 개발까지 이어지도록 후속 연구를 지속할 예정"이라고 밝혔다.

이번 성과는 트렌즈 인 바이오테크놀로지(Trends in Biotechnology, IF 14.9, JCR 98.6%) 11월 6일자 온라인판(현지시간)에 게재되었다. 연구는 과학기술정보통신부·해양수산부·한국연구재단의 지원으로 인천대학교, POSTECH, 서울대학교, UNIST, 세계김치연구소, 전남대학교 등 국내 여러 기관의 협력으로 수행됐다. 논문은 https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2025.10.009 에서 확인 가능하다. 인천=주관철 기자 orca2424002@