경북대학교 식품공학부 식품미생물대사공학 연구실 (Yeast Metabolic Engineering Laboratory)을 소개합니다. 우리 연구실은 김수린 교수님 지도 아래, 현재 대학원생 및 학부 연구생 11명으로 구성되어 있습니다. 본 연구실은 효모에 다양한 대사공학 기술을 활용하여 대사경로를 조절ㆍ도입함으로써 균주를 개량하거나 새로운 균주를 개발하고, 이를 기반으로 미생물 발효를 통한 대체에너지 및 식품소재ㆍ바이오 소재 생산 관련 연구를 수행하고 있습니다.

1. 연구실 분위기 

​ 우리 미생물대사공학 연구실은 학생이 원하는 연구 분야를 설정하고 이와 관련한 연구를 진행할 수 있으며, 실험설계 및 실험 과정 중 발생하는 궁금증이나 어려움들을 자유롭게 질문하고 토의할 수 있습니다. 이처럼 수평적이면서도 자유로운 분위기 덕분에 연구원들 간에 자유롭게 소통이 이루어지고 있으며 학문적인 지식이나 실험 관련 지식, 스킬들도 연구실 구성원 간에 잘 공유되고 있습니다. 뿐만 아니라 교수님과 구성원들 간에도 활발하게 소통이 이루어지고 있으며 이러한 적극적인 의견 공유 과정들을 통해 더욱 창의적이고 확장된 연구 아이디어를 얻고 있습니다. 또한 구성원들이 능동적이며 적극적으로 실험실 업무 및 연구활동에 참여하고 있어 연구에 몰두할 수 있는 분위기가 형성되어있습니다.

<비대면 랩미팅. 왼쪽 위부터 김수린(지도교수), 김민성(석사과정), 신자민(학석통합과정), 박종범(석사과정), 구본빈(석사과정), 김수형(석사과정), 박수정(석사과정), 장병관(석사과정), 장주은(석사과정), 정덕열(박사과정), 주예빈(석사과정), 정석화(석사과정). 겨울 휴가 중인 일부 멤버는 사진으로 대체함>

2. 특징 

 ​우리 연구실은 구성원들이 크게는 같은 연구분야에서 연구를 수행 중이지만 각자 조금씩 다른 주제로 연구를 진행하고 있습니다. 따라서 매주 랩 미팅을 통해 각자가 연구 중인 주제에 대해 소개하고 연구결과들을 공유, 토의하여 서로의 연구에 대해 이해하며 문제를 함께 해결해나가는 시간을 갖고 있습니다. 그리고 주기적으로 저널 클럽을 진행하여 각자 관심 있는 분야의 논문을 탐색하고 이해한 뒤 새롭게 알게 된 지식들을 공유, 토의하기도 합니다. 이 외에도 매년 학회 참여 횟수가 높고 타 연구실과의 학술 교류가 많아 연구에 필요한 식들을 다방면으로 습득할 수 있습니다. 타 연구실에 비해 구성원과 실험 기기가 많아서 공간이 협소하여 때로는 연구활동에 불편함도 생기지만 서로가 배려하고 소통하며 모두의 원활한 연구활동을 위해 노력하고 있습니다. 이렇게 모든 구성원들이 능동적이고 적극적인 태도로 여러 활동들에 참여하고 있어 다양한 관점에서 문제를 보고 해결할 수 있다는 것이 우리 연구실의 특징이자 장점입니다.

3. 연구 

 ​우리 연구실은 대사공학 기술을 기반으로 효모 균주 개량, 개발을 진행하고 이를 기반으로 여러 연구들을 진행하고 있습니다. 연구실의 연구 주제를 크게 4가지로 간략하게 소개하고자 합니다.

 첫번째로 대사공학 기술을 이용한 효모 대사경로 조절 및 도입입니다. 특히 유전자 가위 기술을 활용하여 외래유전자를 도입하고 발현시켜 효모가 새로운 대사 경로를 진행 가능하게 할 수 있습니다. 예를 들어 오탄당을 대사하지 못하는 효모에 자일로스 대사경로를 도입하여 자일로스를 발효할 수 있는 효모를 개발할 수 있습니다. 최근에는 기온변화대응 및 탄소 저감화를 위해 CO2를 소비할 수 있는 균주를 개발하는 연구를 수행하고 있습니다. 더 나아가 이를 활용하여 만난, 글루타치온과 같은 고부가가치 소재를 생산하거나 효모 자체를 SCP (Single Cell Protein)으로 사용할 수 있게하여 새로운 경제효과를 창출해낼 것입니다.

 두번째로, 우리 연구실은 바이오매스 발효를 통한 대체에너지 및 식품, 바이오 소재 생산 관련 연구를 진행하고 있습니다. 식물성 바이오매스는 섬유질로 이루어져 있으며 섬유질은 glucose, xylose, galactose 등 기본 구성 단위가 복잡합니다. 원래의 효모는 이를 효율적으로 대사할 수 없으나 앞서 언급한 것처럼 다양한 탄소원을 대사할 수 있도록 새로운 효모 균주를 개발하여 바이오매스를 발효할 수 있게 하였으며 이를 바탕으로 바이오 에탄올과 같은 에너지원이나 친환경 식품, 바이오 소재를 생산하고자 합니다.

 마지막으로 토종 효모를 이용한 발효 식품의 개발입니다. 전통적인 효모의 역할, 즉 발효식품에서의 효모의 기능을 향상시키기 위해 탐구하고 있으며 특히 막걸리, 식초, 콤부차와 같이 복합 미생물 발효식품에서 효모와 다른 미생물의 상호작용을 이해함으로써 발효식품의 품질을 개선하거나 기능성을 부가하는 데 활용하고자 합니다.

4. 맺음말 

​ 우리 연구실에서는 대사공학을 바탕으로 효모 균주를 개발하고 이를 환경, 산업 등 다양한 분야에 적용하기 위해 연구하고있습니다. 균주 개발을 통해 새로운 대사공학 기술을 개발, 활용하고자 노력하고있으며 미생물을 활용하여 환경문제를 극복하면서도 유용 산물을 효과적으로 생산하여 경제성을 높일 수 있는 새로운 방법들을 찾아 나가고자 합니다. 이상으로 항상 아낌없이 조언해주시는 교수님과 충실히 연구하고있는 대학원생 및 연구원으로 구성된 경북대학교 식품미생물대사공학 연구실의 소개를 마칩니다.

5. 연구실 대표 논문 

​

1. Deokyeol Jeong, Heeyoung Park, Byeong-Kwan Jang, YeBin Ju, Min Hye Shin, Eun Joong Oh, Eun Jung Lee and Soo Rin Kim (2021). Recent advances in the biological valorization of citrus peel waste into fuels and chemicals. Bioresource Technology 323: 124603.

2. Deokyeol Jeong, Suji Ye, Heeyoung Park, Soo Rin Kim (2020). Simultaneous fermentation of galacturonic acid and five-carbon sugars by engineered Saccharomyces cerevisiae. Bioresource Technology 295:122259.

3. Deokyeol Jeong, Eun Joong Oh, Ja Kyong Ko, Ju-Ock Nam, Hee-Soo Park, Yong-Su Jin, Eun Jung Lee, Soo Rin Kim (2020) Metabolic engineering considerations for the heterologous expression of xylose-catabolic pathways in Saccharomyces cerevisiae. PLOS ONE 15(7): e0236294.