벼 겉보리 유래 효소 기반 플라바논 생물전환 공정 개발

기존 오명사마이신 A는 합성 수율이 낮고 야생 균주의 생산량도 부족하여 신약 개발에 한계가 있었습니다. 본 기술은 비리보솜 펩타이드 신세타제(NRPS)의 A2 도메인 아미노산 치환으로 오명사마이신 A의 전구체 선택성을 향상시키고, 배지 최적화를 통해 생산 효율을 극대화합니다. 특히, 228번째 아미노산을 트립토판으로, 254번째를 글라이신으로 치환한 변이 스트렙토마이세스 균주와 최적화된 해수 농도 및 필수 아미노산 첨가 배양 조건을 확립하였습니다. 이를 통해 오명사마이신 A의 생산 비율을 8:1로 증대시켜 대량 생산을 가능하게 합니다. 이 기술은 항결핵제 등 오명사마이신 A 기반 신약 개발 및 산업적 활용에 크게 기여할 것입니다.

기존 항생제 내성균 문제와 복잡한 반합성 과정의 한계를 해결하기 위해 카나마이신 생합성 경로가 규명되었습니다. 본 기술은 유전자 재조합 스트렙토마이세스 속 미생물을 활용하여 카나마이신 항생물질을 효율적으로 생산합니다. 특히, 아미카신, 토브라마이신 등 반합성 아미노글리코사이드를 직접 미생물 발효로 생합성하며, 아르베카신의 전구체인 카나마이신 B의 생산성을 향상시킵니다. 나아가 아미카신 내성 그람음성균에 강력한 항균 효과를 보이는 신규 카나마이신 화합물 '1-N-AHBA-카나마이신 X'를 발굴하여 항생제 내성 극복에 기여합니다. 또한, 항바이러스 효능 및 낭성섬유증 등 유전병 치료제로도 활용될 잠재력을 가집니다.

기존 항생제에 대한 내성균 출현 및 카나마이신 생합성 경로의 복잡성으로 신규 항생제 개발에 어려움이 있었습니다. 본 기술은 *Streptomyces venezuelae*를 이종 숙주로 활용하여 카나마이신 생합성 유전자군(kanA-kanB-kanK 등)을 성공적으로 재조합하고, 이를 통해 카나마이신 항생물질의 생합성 경로를 명확히 규명했습니다. 이 재조합 미생물은 기존의 반합성 방식이 아닌 직접 발효를 통해 아미카신, 토브라마이신 등 다양한 카나마이신 유도체는 물론, 신규 화합물인 1-N-AHBA-카나마이신 X를 효율적으로 생산합니다. 특히 이 신규 화합물은 아미카신 내성균에 강력한 항균 효과를 보이며, 항바이러스 및 유전병 치료제로의 확장 가능성을 제시합니다. 본 기술은 항생제 내성 문제 해결과 경제적인 의약품 생산에 기여할 수 있습니다.

플라보노이드 화합물은 인체 건강에 유익하지만, 천연 식물로부터는 극히 소량만 얻을 수 있어 산업적 활용에 한계가 있었습니다. 본 기술은 벼 유래 Os4CL 효소와 겉보리 유래 HvCHS2 효소 유전자를 포함하는 발현벡터를 형질전환체에 도입하는 방법을 제안합니다. 이 형질전환 미생물을 다양한 메틸화된 페닐프로판산이 포함된 배지에서 배양함으로써, 나린게닌, 호모에리오딕티올, 헤스페레틴과 같은 플라바논을 효율적이고 범용적으로 생합성할 수 있습니다. 이 기술은 기존 천연물 추출 방식의 단점을 극복하고, 플라보노이드의 대량 산업 생산을 가능하게 하여 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대됩니다.

기존 항생제에 대한 내성 문제로 신약 개발이 시급한 상황입니다. 본 기술은 유전자 조작된 스트렙토마이세스 균주를 활용하여 화학적으로 합성된 마크로락탐 아글리콘을 글리코실화하는 화학효소적 제조 방법을 제안합니다. 특히, 글리코실전달효소 DesVII/DesVIII가 마크로락탐 골격을 인식하여 비천연 마크로락탐 글리코시드 유도체를 성공적으로 생산합니다. 이 유도체는 천연 마크로락톤 글리코시드와 동등 이상의 항균 활성을 가지며, 에리트로마이신-민감성 및 내성 균주 모두에 효과적입니다. 또한, 위산과 세균성 에스테라아제에 대한 우수한 안정성과 개선된 대사 안정성을 보여 장기적인 항균 효능을 기대할 수 있습니다. 감염성 질환 치료를 위한 새로운 항생제 개발에 크게 기여할 것입니다.

기존 에포틸론 생산은 낮은 수율, 긴 생장시간, 어려운 유전자 조작으로 한계가 있었습니다. 본 기술은 이종숙주 스트렙토마이시스 베네주엘래에 코돈 최적화된 에포틸론 생합성 유전자와 유전자간 영역을 포함하는 발현 카세트를 도입합니다. 이를 통해 유전자 조작이 용이하고 생장 속도가 빠른 스트렙토마이시스 베네주엘래에서 에포틸론을 효과적으로 생산하는 방법을 개발하였습니다. 이 기술은 에포틸론 A, B, C, D의 생산 수율을 획기적으로 향상시켜 단시간 내에 고수율로 항암 물질을 제조할 수 있도록 하며, 항암제 산업에 기여할 것으로 기대됩니다.

반도체 공정 폐수에는 질소, 인, 불소 등 유해 물질이 고농도로 포함되어 기존 처리 방식들은 경제성이나 효율성 측면에서 한계가 있었습니다. 본 기술은 바덴포 공정과 그래핀 산화물 기반 세라믹 나노 멤브레인 여과를 통합하여 이러한 문제를 해결합니다. 그래핀 산화물 코팅 나노 멤브레인은 미세 기공과 강한 음전하로 암모늄, 불소 이온 등 1가 이온성 물질을 효과적으로 제거합니다. 이를 통해 별도의 약품이나 탄소원 주입 없이 경제적이면서도 효율적인 질소 및 불소 제거가 가능하며, 폐수 처리 시스템의 성능과 비용 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

기존 암리논 합성법은 복잡한 다단계 공정, 고온 반응 조건, 위험한 수소 가스 사용 등으로 인해 심각한 합병증을 유발할 수 있는 한계가 있었습니다. 본 기술은 위치선택적 스즈키 커플링 반응을 활용하여 암리논 유도체를 안전하고 효율적으로 제조하는 방법을 제안합니다. 화학식 1 화합물과 피리디닐 보론산의 스즈키 커플링 반응 후, 중간 생성물을 화학식 2 화합물과 반응시키는 방식으로, 종래 대비 축소된 합성 단계와 온화한 산처리 조건으로 탈보호기 반응을 수행합니다. 이를 통해 위험한 수소 가스 없이 고수율(60% 이상)로 암리논 유도체를 얻을 수 있으며, 급성 심부전 치료제 개발 및 생산의 안전성과 효율성을 크게 향상할 수 있습니다.

유방암은 조기 진단이 환자 생존율에 결정적인 영향을 미치지만, 기존 진단법은 초기 병변 검출에 한계가 있었습니다. 본 기술은 혈액 내 알파-1 산성 당단백질(AGP)의 N-당화 변화가 초기 유방암의 핵심 바이오마커임을 규명하였습니다. 렉틴을 활용하여 AGP의 푸코실화, 만노실화, 시알릴화 등 N-당화 수준을 정밀하게 검출하며, 특히 유방암 1기 환자의 혈청에서 이 당화 수준이 현저히 감소함을 확인했습니다. 이를 통해 양성 유방종이나 다른 병기의 유방암과 명확히 구별하여 초기 유방암을 높은 민감도와 특이도로 진단할 수 있습니다. 이 기술은 유방암 조기 진단의 정확도를 획기적으로 높여, 환자의 치료 성공률 향상과 사망률 감소에 크게 기여할 것입니다. 진단 키트 및 정보 제공 방법으로 개발되어 상용화가 기대됩니다.

주사 투여로 인한 환자 고통과 인슐린의 낮은 점막 투과 문제는 당뇨 치료의 큰 과제였습니다. 본 기술은 변이체 TCTP-PTD를 인슐린과 혼합하여 비침습적 점막 전달을 가능하게 합니다. 특정 TCTP-PTD 펩타이드 서열(서열번호 3, 8, 13)이 인슐린의 점막 투과율을 크게 높이며, 이는 비강 투여 시에도 피하주사와 유사한 혈당 강하 효과를 보였습니다. 점막 손상 없이 안전하게 인슐린 생체이용률을 향상시켜 환자의 치료 편의성과 삶의 질을 높일 수 있습니다.

기존 하나의 웨어러블 기기가 가진 운동 자세 교정의 한계를 극복하기 위해, 복수의 웨어러블 기기를 신체 여러 부위에 부착하여 움직임 정보를 통합적으로 수집하는 기술입니다. BLE 통신을 통해 실시간으로 가속도와 각도 데이터를 수신하고, 이를 사전에 저장된 올바른 자세 정보와 비교 분석하여 사용자의 운동 자세를 정밀하게 판단합니다. 이 시스템은 줄넘기, 스쿼트, 런지 등 다양한 운동에 대한 정확한 자세 교정 피드백을 제공하여, 운동 효과를 극대화하고 부상 위험을 줄이는 데 기여합니다. 또한 다중 사용자의 동시 모니터링도 가능하여 스마트 피트니스 경험을 향상시킵니다.

기존 리튬 이차전지의 흑연 음극재는 용량 한계와 실리콘 음극재의 큰 충방전 부피 변화 문제를 가지고 있습니다. 본 기술은 실리카 함유 콜로이드에 산화그래핀을 첨가하여 분말화한 뒤, 마그네시오써믹 반응으로 실리카를 실리콘으로, 산화그래핀을 그래핀으로 동시에 환원시켜 실리콘-그래핀 복합 나노물질을 제조합니다. 이 방법은 자연에 풍부한 실리카를 원료로 사용하여 경제적이며, 제조된 나노물질은 부피 변화를 최소화하고 높은 전기 전도도, 용량, 안정성을 갖는 전극을 형성할 수 있습니다. 리튬 이온 전지 및 다양한 차세대 전지의 고성능 음극재로 활용되어 배터리 성능 향상에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.