안녕하세요. 경북 경산에 위치한 경일대학교 식품산업융합학과 민원기 교수입니다. 제가 지도하고 있는 미생물발효실험실을 소개합니다. 저희 연구실은 학부생 중심의 실험실로 저와 학부 연구원 7명으로 구성되어 있습니다(그림 1). 오로지 학부 연구원들로만 구성된 실험실로 효모와 대장균 등의 유용 미생물 자원들의 고농도 배양 기법을 기초부터 개별 균주에 따른 최적화까지 배우고 연구하는 실험실입니다.

그림 1. (좌부터) 우로 목양솔, 한유리, 류시형, 이인구, 곽동현, 박소현. 권나연 없음

1. 실험실 분위기

저희 실험실은 제가 부임한 2017년 7월에 시작하여 미생물에 관심이 있는 학부생들은 누구나 합류하여 미생물 발효에 대해 실험하고 연구할 수 있는 오픈 서클(open circle)을 지향하고 있는, 연구 동아리 개념의 연구와 교육이라는 두 축이 중심인 연구실입니다. 아직은 식품 전공자들로 학부 연구원들이 구성되어 있지만 교내 바이오 관련 학과의 학부생으로도 확대하여 운영할 계획을 가지고 있습니다. 다양한 학부 전공자들이 같이 협력하고 학문적 다양성을 융합하여 미생물 발효 연구에서 발생하는 문제들을 다양한 각도로 사고하여 해결하는 과정을 통해 구성원들이 융합학문의 소양을 배양하는 것을 그 목적으로 합니다. 또한 민원기 교수를 제외한 학부 연구원들의 관계가 수평적이어서 연구에 대한 의사소통이 원활하고 미생물 배양 및 발효에 대해 자유롭게 토론하는 문화를 가지고 있습니다.

2. 실험실 생활 및 특징

아직은 채 1년도 안된 걸음마 단계의 연구실로 대장균과 효모의 유전자 조작과 발효기를 통한 고농도 배양을 배우고 익히고 있습니다. 현재 식품학부 3·4학년으로 구성되어 있고 국내·외 대학원 진학, 관련 회사 취업 등 각자가 원하는 다양한 진로와 꿈을 이루기 위해 학부 수업과 미생물 실험을 병행하고 있습니다. 저희 실험실의 가장 큰 특징은 학부 연구원 서로서로가 항상 미생물에 관련된 지식과 정보들에 대해 끊임없이 토론한다는 점입니다. 이러한 소통을 통해 연구적 사고와 관심을 자연스럽게 넓혀 나갈 수 있는 것이 우리 실험실의 큰 장점입니다. 아직은 학부생들인 관계로 미생물 발효를 통해 생물 관련 실험에 대한 흥미를 잃지 않도록 하기 위해 지도교수로서 본인들의 자발적인 실험 참여만을 독려하고 있음에도 불구하고, 얼마 전 겨울 방학 중에 모든 학부 연구원들이 거의 대부분의 시간을 학교에서 보내며 대장균과 효모의 유전자 조작 실험을 배우기 위해 구슬땀을 흘렸습니다. 미생물 발효 실험 이외에도 지도교수인 저는 선배 연구자로써 학부 연구원들에게 한 가지 더 가르치고 싶은 부분이 있습니다. 구성원들간의 조화와 희생 정신이 그것입니다. 앞으로 다양한 진로와 꿈이 있는 학부 연구원들이기 때문에 본인이 동료들보다 월등히 뛰어나야 한다는 승부근성보다는 서로를 마음으로 배려하고 희생하여 자신이 속한 조직 안에서 자연스럽게 귀하게 쓰임 받는 존재가 되는 것을 강조합니다. 미생물 발효는 끊임없는 시행착오와 실패의 반복 속에서 최적화되는 실험이자 공정이기에 슬기로운 지혜와 포기를 모르는 끈기를 가진 곰과 같은 정신으로 매진하라는 의미로 ‘발효하는 곰(Fermentation Bear)’이라는 상징을 만들었습니다. 또한 저희가 속해있는 경일대학교의 상징 동물이 곰이라는 것도 그 이유 중 하나입니다(그림 2).

그림 2. Fermentation Bear

​3. 실험실 연구 

저희 실험실은 재조합 효모와 대장균 구축 실험 및 고농도 배양 기법을 실험하고 연구하고 있습니다. 첫 번째로는 유용 단백질들을 대량 생산하기 위한 재조합 효모 균주 구축 연구입니다. 재조합 대장균 시스템으로 생산 불가능한 유용 단백질들(목적 단백질의 특성상 대장균 세포벽 성분인 lipopolysaccharide와 상호작용을 하여 분리·정제가 쉽지 않은 경우나 대장균에 내생적으로 존재하는 단백질분해효소에 의해 절단되는 특성의 목적 단백질)을 산업적으로 대량 생산하기 위해서는 그 대안 시스템 중에 하나인 재조합 효모 균주를 구축하고 더 나아가 효율적인 생산 시스템으로 진화하기 위해 재조합 효모를 개량화하는 연구가 필요합니다. 현재 단백질 신약을 개발중인 한 바이오기업의 용역연구를 의뢰를 받아 재조합 효모 균주 구축 실험을 진행하고 있는 중입니다.

두 번째는 이렇게 구축된 재조합 대장균과 재조합 효모 균주 맞춤형 발효 공정 최적화 실험입니다. 예를 들면 최종적으로 구축된 재조합 효모 균주가 산업적인 수준에서 자기의 성능을 100% 발휘하기 위해선 배지, 온도, 용존산소, pH, 교반 속도 등 최적화해야 할 수많은 요인들이 있습니다. 수많은 반복과 발효 결과 분석을 통해 실험실 수준의 발효기에서 배양 조건을 산업적 수준에서 실현가능한 범위에 최적화하는 연구를 하고 있습니다. 아직은 대장균과 효모 이외에 다른 유용 미생물들 발효에 대한 경험은 많지 않지만 향후에는 코리네박테리움 균주나 다양한 유산균들에 대해서도 발효 공정을 최적화하는 연구를 진행할 계획입니다(그림 3).

그림 3. 재조합 효모 균주 구축과 맞춤형 발효 공정 최적화

4. 대표 연구 논문
1. Won-Ki Min, Khamtorn Pudtikajorn, Moojoong Kim, Il-Shik Shin & Donghwa Chung, Low-amperage pulsating direct current has a bactericidal effect on marine fish pathogens in circulating seawater, 2017.Mar., Food Control
2. Won-Ki Min, Kang-In Na, Jung-Hyun Yoon, Yoon-Jee Hea, Daesang Lee, Sung-Gun Kim & Jin-Ho Seo, Affinity improvement by fine tuning of single-chain variable fragment against aflatoxin B1 2016. Oct., Food Chemistry
3. Won-Ki Min, Dae-Hyuk Kweon, Kyungmoon Park, Yong-Cheol Park & Jin-Ho Seo, Affinity maturation of single-chain variable fragment specific for aflatoxin B1 using yeast surface display 2015. May, Food Chemistry
4. Wonki Min, Francesca Angileri, Haibin Luo, Antonino Lauria, Maruda Shanmugasundaram, Anna Maria Almerico, Francesco Cappello, Everly Conway de Macario, Igor K. Lednev, Alberto J. L. Macario & Frank T. Robb, A human CCT5 gene mutation causing distal neuropathy impairs hexadecamer assembly in an archaeal
model, 2014. Oct., Scientific Reports

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