김연주 연구실은 응용미생물학을 기반으로 다양한 천연물 및 미생물 유래 대사산물을 활용한 신약 및 기능성 소재 개발에 주력하고 있습니다. 특히, 인삼, 생강, 오미자 등 한방 및 전통 식물에서 유래한 생리활성 물질의 대량생산과 생물전환, 그리고 이들의 항암, 항염, 면역증강 효과를 심도 있게 연구합니다. 미생물 발효 및 유전자 조작 기술을 통해 기존에 얻기 어려웠던 희귀 사포닌이나 기능성 대사산물을 효율적으로 생산하는 방법을 개발하고, 이들의 생리활성 기전을 분자생물학적, 세포생물학적 수준에서 규명합니다. 이 연구실은 또한 미생물 유래 효소(예: β-글루코시다아제, UDP-글리코실트랜스퍼라제 등)를 이용한 천연물의 구조 변환 및 활성 증진에 대한 연구도 활발히 수행하고 있습니다. 이를 통해 기존 천연물의 한계를 극복하고, 새로운 기능성 소재 및 신약 후보물질을 발굴합니다. 최근에는 미생물 유래 신규 균주(예: Bacillus, Lactobacillus, Curtobacterium 등)를 분리·동정하여 이들의 대사산물 및 효소를 활용한 다양한 응용 연구도 진행 중입니다. 이러한 연구는 식품, 의약, 화장품 등 다양한 산업 분야에 적용될 수 있으며, 실제로 여러 특허 및 기술이전, 산업화 성과로 이어지고 있습니다. 미생물 기반의 친환경적이고 안전한 생산공정 개발과 더불어, 기능성 소재의 효능 검증 및 기전 연구를 통해 차세대 바이오헬스케어 산업을 선도하고 있습니다.

연구실은 미생물 및 천연물 유래 대사산물과 금, 은, 셀레늄 등 금속 나노입자를 융합한 나노바이오 소재 개발에 집중하고 있습니다. 특히, 인삼 사포닌, 실리마린, 식물 추출물, 곤충 펩타이드 등 다양한 생리활성 물질을 금나노입자, 셀레늄나노입자 등과 결합하여 항암, 항염, 항바이러스, 면역증강 효과를 극대화하는 연구를 수행합니다. 이러한 나노복합체는 기존 소재의 낮은 용해도, 생체이용률, 표적 특이성 등의 한계를 극복할 수 있어 차세대 약물전달체 및 기능성 소재로 주목받고 있습니다. 나노입자 합성 과정에서는 미생물(예: Bifidobacterium, Bacillus, Curtobacterium 등) 또는 식물 추출물을 환원제 및 안정화제로 활용하는 친환경적 방법을 적용하여, 인체 안전성과 대량생산 가능성을 높이고 있습니다. 합성된 나노입자는 다양한 암세포주 및 동물모델에서의 항암효과, 염증 억제, 면역세포 활성화 등 다각도의 생리활성 평가를 거치며, 분자수준의 작용기전(예: NF-κB, MAPK, PI3K/Akt, ferroptosis, autophagy 등)도 심층적으로 분석합니다. 이러한 연구는 항암제, 항염증제, 면역증강제, 항바이러스제 등 다양한 바이오의약품 및 기능성 식품, 화장품 소재 개발로 이어지고 있습니다. 실제로 다수의 특허 등록과 기술이전, 시제품 개발, 산업화로 연결되고 있으며, 국내외 학술지에 활발히 논문을 발표하고 있습니다. 나노바이오 융합기술을 통해 기존 천연물 및 미생물 소재의 한계를 극복하고, 미래 바이오헬스케어 산업의 혁신을 이끌고 있습니다.