효모에 적용되는 발현조절용 프로모터 개발 연구동향

아주대학교 강현준, 이평천

개요
효모는 오랜 시간 동안 인류와 밀접한 관계를 유지하고 있는 미생물로서 전통적인 발효식품에서부터 최근의 다양한 재조합 단백질과 유용 대사산물의 생산에 이르기까지 많은 분야에서 널리 이용되고 있다. 최근 합성생물학과 대사공학의 발전으로 효모를 이용하는 친환경, 고효율의 생물공정 개발 연구는 많은 연구자들과 산업체에게 여러 면에서 큰 관심을 집중시키고 있다. 특히 진핵생물 최초로 유전체 염기서열이 해독되어 발표되었고 다양한 신호전달체계와 대사회로의 특성이 밝혀지면서 효모를 고기능 산업용 균주로 이용하기 위한 여러 연구들이 진행되어 왔다 (Borodina and Nielsen 2014).
효모는 유용한 단백질이나 대사산물의 생산을 위한 매우 중요한 플랫폼 균주로서 이를 대사공학적으로 이용하기 위해서는 세포 내에서 일어나는 다양한 대사유동 (metabolic fluxes)과 회로의 미세한 제어가 필수적이다. 그리고 이러한 제어는 주로 대사회로에 연관되는 유전자들의 발현 조절을 통해 수행될 수 있다. 따라서 적절한 발현 세기와 조절 기작을 갖는 프로모터 (promoter)의 사용은 새로운 대사회로의 구축에 있어 특정 유전자의 전사 (transcription) 수준을 조절하는 매우 중요한 요소이다. 유전자의 상위서열에 존재하는 프로모터는 전사조절 인자와 RNA 중합효소 결합부위로 구성되어 있으며, 유전자 발현을 조절하는 가장 직접적인 도구이다 (Struhl 1989, Da Silva and Srikrishnan 2012). 효모에서 유전자의 전사를 제어할 수 있는 다양한 프로모터들의 특성과 그 조절 기작은 비교적 잘 알려져 있지만, 최근에는 원하는 산물의 생산을 위해 알려진 프로모터 외에 새로운 특성을 갖는 합성 프로모터의 개발이 주목 받고 있다 (Redden and Alper 2015).
따라서 효모의 대사공학적 이용을 위해 유전자 발현 조절에 이용되고 있는 다양한 프로모터들의 종류와 발현 세기의 조절기작 그리고 최근 합성생물학적 기법을 이용한 새로운 프로모터 개발에 대한 동향을 살펴보고자 한다.