“KAIST 루테인 미생물 생산”, 세계 최초 미생물 기반 대량 생산 성공! 눈 건강 산업 혁신

“KAIST 루테인 미생물 생산”, 세계 최초 미생물 기반 대량 생산 성공! 눈 건강 산업 혁신
KAIST 루테인 미생물 생산

눈 건강을 지키는 대표적인 기능성 영양소 루테인(Lutein), 이제 더 이상 식물에서만 추출하지 않아도 됩니다. 

한국과학기술원(KAIST) 이상엽 특훈교수 연구팀이 기존 식물 및 화학 합성 방식의 한계를 뛰어넘는 친환경적이고 경제적인 미생물 생산 기술을 개발했다고 KAIST 공식 보도자료에서 밝혔습니다.

이번 연구는 루테인을 포함한 다양한 고부가가치 천연물 생산 방식에 새로운 패러다임을 제시하며, 바이오 리파이너리(Bio-refinery) 및 건강기능식품 산업 전반에 큰 영향을 줄 것으로 기대됩니다.

루테인이란 무엇인가요?

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KAIST 루테인 미생물 생산

루테인(Lutein)은 강력한 항산화 작용을 통해 황반 변성, 백내장 등 눈 건강 유지에 도움을 주는 것으로 잘 알려져 있으며, 흔히 금잔화, 시금치, 계란노른자 등에서 추출합니다.


루테인의 효능과 섭취법에 대해 더 알고 싶다면 루테인 가이드 바로가기를 참고하세요.

하지만 자연 추출에는 생산 단가와 수율 문제 등 한계가 있습니다. 이런 문제를 해결하기 위해 미생물 생산 기술이 주목받고 있으며, 관련 내용은 Microbial lutein production: A review (Elsevier)에서도 소개된 바 있습니다.

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하지만 자연 추출에는 두 가지 한계가 있습니다:

  • 비용 문제: 넓은 재배 면적, 수확 후 추출 공정, 계절성 등으로 생산 단가가 높습니다.

  • 수율 문제: 식물에서 추출할 경우 단위 면적당 생산량이 낮습니다.

이러한 이유로 화학 합성 기술도 개발되었지만, 루테인은 구조적 대칭성이 부족해 합성이 까다롭고 비용이 높으며, 이성질체 생성 문제로 식품·의약 용도 사용에 한계가 있었습니다.

KAIST 이상엽 교수팀의 연구 핵심

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이러한 한계를 극복하기 위해 KAIST 생명화학공학과 이상엽 교수 연구팀은 시스템 대사공학(Systems Metabolic Engineering)과 스캐폴드(Scaffold) 기반 효소 배열 기술을 접목해 대장균(E. coli)을 루테인 생산 공장처럼 활용하는 기술을 개발했습니다.

(왼쪽부터) 생명화학공학과 박선영 박사, 은현민 박사과정, 이상엽 특훈교수
(왼쪽부터) 생명화학공학과 박선영 박사, 은현민 박사과정, 이상엽 특훈교수

주요 기술적 특징은 다음과 같습니다:

  • 기질 채널링(Substrate Channeling): 한 효소에서 생성된 중간체를 바로 다음 효소로 전달, 기질 농도 손실 없이 생산성을 극대화합니다.

  • 전자 채널링(Electron Channeling): P450 계열 효소에서 필요한 전자 전달을 고도화해 효율적인 반응을 유도합니다.

  • 기질 전환 최적화: 기존 포도당 대신 글리세롤을 사용해 대장균에서 루테인 생산 효율을 높였습니다.

루테인 생산 대사회로 조작 모식도: kaist 공식 자료
루테인 생산 대사회로 조작 모식도: kaist 공식 자료

연구 성과 및 상용화 가능성

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KAIST 루테인 미생물 생산

이상엽 교수팀의 미생물 루테인 생산 연구는 아래와 같은 주요 성과를 기록했습니다:
항목 성과
루테인 생산량 1.78 g/L
생산 속도 32.88 mg/L·h (총 54시간 배양 기준)
호스트 Corynebacterium glutamicum 등 확대 가능성

특히 안전성이 입증된 균주(Corynebacterium glutamicum)로 기술 확대가 가능해 식품 및 의약품 산업 적용에도 유리합니다.  

식품 안전과 관련된 국제 기준은 FAO/WHO JECFA에서 확인하실 수 있습니다.

이 기술은 KAIST 창업기업 실리코바이오(SilicoBio) 공식 홈페이지를 통해 상용화 계획이 추진 중입니다.

기존 방식과 KAIST 기술 비교

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구분 식물 추출 화학 합성 미생물 생산 (KAIST)
친환경성 △(재배지 필요) X (화학물질 사용) ◎ (미생물 배양)
생산비용 높음 매우 높음 낮음
생산속도 수개월 수일 수일 (54시간 기준)
품질 안정성 계절 영향 큼 이성질체 문제 있음 구조 동일, 안정성 높음
확장 가능성 제한적 제한적 다양한 천연물로 확장 가능

"더 자세한 기술적 배경은 KAIST 공식 보도자료를 통해 확인하실 수 있습니다."

자주 묻는 질문 (FAQ)

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Q1. 루테인을 왜 미생물로 생산하려 하나요?
A. 기존 식물 추출 및 화학 합성은 비용과 품질, 환경 문제를 동반합니다. 미생물 생산은 친환경적이며, 일정한 품질의 루테인을 빠르고 저렴하게 생산할 수 있습니다.

Q2. 미생물에서 생산한 루테인도 식품에 사용할 수 있나요?
A. 안전성이 입증된 균주(Corynebacterium glutamicum 등)를 사용하며, 국제 식품 안전 기준에 맞춰 생산됩니다. KAIST 연구팀은 식품 및 의약용 루테인 적용을 목표로 하고 있습니다.

Q3. 상용화는 언제쯤 이루어질까요?
A. 실리코바이오를 중심으로 이미 상용화가 본격 추진되고 있으며, 기술 검증과 생산 설비 구축을 거쳐 2~3년 내 제품 출시가 예상됩니다.

Q4. 루테인 외에 또 어떤 물질을 미생물로 생산하나요?
A. KAIST 연구팀은 누트카톤(향미료), 아피게닌(항산화제) 등 다양한 기능성 천연물 생산 기술도 개발 완료했습니다.

Q5. 일반 소비자가 이 기술을 이용한 제품을 구매할 수 있는 경로는?
A. 루테인 제품 출시 후 실리코바이오 공식몰 및 주요 건강기능식품 브랜드를 통해 유통될 예정입니다.

마무리

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KAIST 이상엽 교수 연구팀의 이번 루테인 미생물 생산 기술 개발은 단순히 눈 건강 시장을 넘어서, 지속가능한 바이오 리파이너리(biorefinery) 시대를 여는 중요한 첫걸음입니다. 자연 친화적이며 경제적인 루테인 생산 기술이 어떻게 우리의 삶을 바꿀지 앞으로의 행보가 주목됩니다.

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