본 연구는 헴 생산을 위한 효율적인 Saccharomyces cerevisiae 기반 세포 공장을 개발하고자 하였다. 미국 위스키 생산에 사용되는 종균(starting strain)인 산업 균주 S. cerevisiae KCCM 12638을 자연적으로 높은 헴 농도를 지니고 있기에 선정하였으며, 배지 조성을 최적화하였다. 이어서 CRISPR/Cas9 기반 유전체 편집을 적용하여 헴 생합성 경로로의 탄소 흐름을 증진시키기 위해 헴 합성에 관여하는 핵심 효소를 암호화하는 HEM2, HEM3, HEM12 및 HEM13 유전자를 과발현하였다. 또한 헴 분해를 방지하기 위해 헴 산소화효소 1(heme oxygenase 1)을 암호화하는 HMX1 유전자를 불활성화하였다. 그 결과 ΔHMX1_H2/3/12/13 균주는 배치 발효에서 9 mg/L의 헴 티터를 달성하였으며, 이는 야생형 KCCM 12638 균주 대비 1.7배 향상된 수치이다. 포도당 제한 조건의 유가증식(fed-batch) 발효에서는 ΔHMX1_H2/3/12/13 귀이 67 mg/L의 헴을 생산하였다. 본 연구는 산업용 효모 균주의 유전공학적 개질을 통해 헴 생산을 유의미하게 증대시킬 수 있음을 보여주며, 식품, 제약 및 바이오에너지 분야에서의 유망한 응용 가능성을 시사한다.

균주.