1. 방선균 이차대사산물은 항생제, 항암제, 면역억제제를 포함한 다양한 원료 의약품의 약 50% 이상을 차지하며, 현재에도 방선균 생리활성물질을 이용한 성공적 신약 발굴 프로젝트가 진행되고 있음 2. 하지만, 전통적인 반복 스크리닝으로 인해 방선균 유래 신규 생리활성물질의 발굴 빈도수가 급격히 감소하고 있으며, 항생제 남용에 따른 부작용으로 항생제 내성 박테리아도 출현하고 있는 실정 3. 최근 NGS (next generation sequencing) 기반의 유전체 분석기술이 발달하여 미생물 유전체 서열을 규명한 후 이를 분석하여 천연물 생합성 정보를 확보하는 연구가 이루어지고 있음 4. 방선균의 경우 유전체 내에 유용 생리활성물질을 생합성 할 수 있는 생합성 유전자군 BGC를 20~30 개 이상 갖고 있으며 이 중 상당 부분은 그 화학구조와 활성이 규명되지 않은 신규 BGC로 확인 5. 최근에는 방선균의 NP BGC의 잠재력을 실제 화합물로 구현하는 새로운 신약 개발 패러다임, 즉 Genome-to-Natural Product, GtNP 전략이 등장하고 있음 (현재 중견연구과제로 수행 중) 6. 그럼에도 불구하고, GtNP 전략을 보다 효율적으로 수행하기 위한 다양한 유전체 분석 도구와 플랫폼 개발 및 활용은 여전히 부족한 상황임 7. 특히, 수많은 BGC들 중에서 어느 BGC가 신규성과 발현 가능성이 높은 지를 정확하게 예측할 수 있는 BGC priotization은 매우 복잡하고 어려운 작업임 8.따라서 본 국제공동연구에서는 방선균-유전공학 전문가 (한국, 인하대)와 생물정보학-플랫폼 전문가 (덴마크, DTU)의 협업을 통해서, 방선균 유래 유용 BGC 발굴 및 활용기술 적용을 구현하고자 함 - 구체적인 연구내용으로는; 1. 국내 토양 및 해양에서 분리한 방선균의 유전체 분석 결과 (인하대 김응수 교수 연구팀)를 대표적인 방선균 이차대사산물 생합성 탐색 플랫폼인 Anti-SMASH (Antibiotics and secondary metabolite analysis shell, 덴마크 Weber 교수 연구팀)에 적용하여 유용 NP BGC 선별 2. 방선균의 BGC 서열분석만으로도 해당 천연물의 화학구조 및 신규성을 예측할 수 있는 Anti-SMASH 및 BGCFlow 분석 시스템 적용 3. 유전체 탐색에서 선별된 천연물 생합성 경로 및 최종 화합물 구조 예측 시스템과 실제 화합물 검증 4. 해당 BGC를 포함하는 방선균에서 예측된 화합물이 실제 생합성되는지 배양조건 최적화를 통해 검증 5. Anti-SMASH 및 BGCFlow를 통해 예측된 천연물 생합성 경로 및 구 조의 신뢰도 검증 6. 방선균 유전체 탐색 플랫폼 기반의 천연물 BGC 발굴 우선순위 선정전략 (BGC prioritization strategy) 구축

최근 슈퍼박테리아 출현 빈도의 급증 및 COVID-19의 세계적 대유행으로 인해 신규-유용 생리활성물질 발굴에 대한 요구가 높아지고 있다. 미생물 유래 신규-유용 생리활성물질 발굴을 위하여 NGS 기반의 유전체 탐색 기술을 이용하여 천연물 (natural product, NP) 생합성 정보를 확보하고, 이를 분리하여 고생산성 세포 공장에 도입하는 '이종숙주...

본 과제는 50 L 발효조에서 미생물 배양공정을 최적화해 산업용 균주공정을 확립하는 연구임. 연구목표는 50 L 공정에서 생산성, 회수율 80% 이상, 순도 90% 이상을 달성하는 것임. 연구내용은 재조합 E. coli 및 재조합 C. glutamicum의 배지조성, 접종량·접종시기, pH, 배양온도, 교반기 속도·종류를 조절해 시킴산 최대 생산을 위한 배양공정 확립, 저가의 산업용 복합 생산배지와 색소·유기산 저발생 배지 개발, 용존산소농도가 시킴산 생합성 및 성장속도에 미치는 영향 조사, benchscale 분리정제 단위공정 최적 조합 수행임. 기대효과는 5L→50L scaleup 최적화 기술 확보와 대용량 고순도 3인산시킴산, 코리스메이트, 안트라닐레이트 분리·정제 공정 구축임.

본 산학융합 인터랙티브 바이오공정 혁신 교육연구단은 바이오헬스 혁신신약 분야 인재 양성을 위해 교육 특성화·실용화를 추진하는 프로젝트임. “바이오시스템, 바이오소재, 바이오의약, 바이오공정” 4개 교육트랙을 운영하며, 지역 기업과의 공동연구·직무교육·현장실습 및 오픈 캠퍼스 기반 교육을 포함함. 연구 목표는 세계 Top 5 수준의 바이오공정 교육인프라로 국제화·고급 전문인력 양성에 있음. 핵심 연구 내용은 4개 트랙별 특화연구 소그룹의 독립 프로젝트 운영, 산학연 공동연구의 실용화 및 창업역량 강화, 산업 전문가 겸임교원 공동운영, 단계별 인턴·현장실습과 GE헬스케어패스트트랙센터 연계 실습임. 기대 효과는 전문인력 수급 불균형 완화, 스마트 바이오공정 원천기술·특허 창출, 국가 바이오 신산업경쟁력 증대임