미생물이 만드는 비타민 A…김선원 교수 연구팀, K-뷰티 원료 생산기술로 한 걸음 더

- 경상국립대·㈜신비 공동연구… 레티놀 유도체 '레티닐아세테이트' 생산 농도 약 4.1배로

- 2011년 미생물 레티노이드 생산 세계 첫 학술 보고에서 이어진 15년 연구

미생물로 레티놀을 만드는 길을 처음 열었던 연구진이, 이번에는 화장품 소재로 활용되는 비타민 A 유도체의 생산을 개선했다. 경상국립대(총장 권진회)는 자연과학대학 생명과학부 김선원 교수 연구팀이 ㈜신비(SynB Inc.) 등이 참여한 공동연구를 통해 레티놀 유도체인 '레티닐아세테이트'의 미생물 생산을 개선했다고 밝혔다. 연구팀은 레티놀을 레티닐아세테이트로 바꾸는 효소를 개량하고, 연구실 규모의 72시간 배양시험에서 목표 성분의 생산 농도를 같은 실험 구성의 개량 전 효소 대조균주 대비 약 4.1배로 높였다.

세계 첫 학술 보고에서 이어진 15년의 연구

이번 성과의 배경에는 15년간 이어진 연구의 축적이 있다. 김선원 교수 연구팀은 2011년 7월 국제학술지 《Microbial Cell Factories》에 대사공학적으로 개량한 대장균에서 레티놀을 포함한 레티노이드를 생산하는 기술을 세계 최초로 학술 보고했다. 김 교수는 당시 연구를 시작하고 총괄한 연구자로 기록돼 있다. 농촌진흥청도 2013년 공식 보도자료에서 김 교수 연구팀의 미생물 이용 레티놀 생산기술을 세계 최초 개발 성과로 소개했다.

연구팀은 2015년 생산 경로를 조절해 레티놀의 선택적 생산을 개선했고, 이번에는 산업적으로 활용되는 레티닐아세테이트의 생산을 높이는 효소 기술로 연구를 발전시켰다. '만들 수 있다는 것을 보여준 연구에서, 원하는 성분을 더 잘 만드는 연구로' 이어진 셈이다.

좋은 성분을 담는 기술에, 그 성분을 만드는 기술을 더하다

이번 성과는 K-뷰티의 제품·제형 기술과 연결할 원료 바이오제조의 연구 기반이라는 점에서 의미가 있다. 화장품에 좋은 성분을 담는 기술에 더해, 그 성분을 만드는 기술을 발전시킨 것이다. 원료 제조기업에는 발효·분리정제 공정 개발의 출발점이 되고, 화장품기업에는 향후 확보할 소재의 품질·제형 평가를 연결하는 협력 주제가 될 수 있다.

㈜신비는 이번 산학 공동연구에 참여했으며, 관련 기술은 경상국립대학교와 신비 공동 명의로 특허 출원됐다. 미생물 레티노이드 생산을 개척한 연구 경험이 기업이 참여한 새로운 기술개발 성과로 이어졌다는 점에서도 의미가 있다.

미생물 공장의 마지막 전환을 개선하다

레티닐아세테이트는 레티놀의 아세트산 에스터 유도체로, 화장품 원료 등에 쓰인다. 연구팀은 미생물의 대사경로를 설계해 원하는 물질을 생산하도록 하는 '세포공장'에서, 레티놀을 레티닐아세테이트로 바꾸는 마지막 전환 단계에 주목했다. 이번 연구에서는 생산 미생물로 재조합 대장균을 사용했다.

연구팀은 물질의 전환을 돕는 단백질인 CAT 효소의 여러 후보와 변이체를 비교해, 아미노산 두 곳을 바꾼 개량 효소를 선정했다. 공장에 비유하면 마지막 생산 단계를 담당하는 도구를 개선해 원하는 성분이 더 많이 나오도록 한 것이다. 유전자 발현 구성을 단순화한 별도의 생산 시스템에서도 목표 성분의 생산 농도와 산물 내 비율이 높아지는 효과를 확인했다.

김선원 교수는 "2011년에는 미생물 세포공장에서 레티놀을 만드는 새로운 길을 제시했고, 이번에는 그 연구를 발전시켜 원하는 비타민 A 유도체의 생산을 개선했다"라고 말했다. 이어 "좋은 화장품을 만드는 기술만큼 그 안에 들어갈 성분을 만드는 기술도 중요하다"라며 "대학과 기업이 함께 축적한 연구가 K-뷰티의 원료 생산기술로 이어지도록 발전시켜 나가고자 한다"라고 밝혔다.

현재 성과는 원료 화합물의 생산기술을 연구실 규모에서 확인한 결과다. 실제 원료 공급으로 이어지기 위해서는 발효 규모 확대, 분리정제, 품질 규격화와 화장품 적용 평가가 필요하다.

연구 결과는 2026년 9월 21일 국제학술지 《Microbial Cell Factories》에 온라인 공개됐다. Minh Phuong Nguyen과 Yan Wang이 공동 제1저자, 강민경과 김선원이 공동 교신저자로 참여했다. 연구는 한국연구재단과 농촌진흥청의 지원으로 수행됐다.

■ 논문 정보

·논문명: Engineering chloramphenicol acetyltransferase (CAT) for enhanced retinyl acetate biosynthesis in Escherichia coli

·게재지: 《Microbial Cell Factories》

·공동 교신저자: 강민경(항노화 바이오 세포공장 지역혁신 선도연구센터), 김선원(자연과학대학 생명과학부 교수)

·Journal Link: https://doi.org/10.1186/s12934-026-03124-5  

·사진 설명: 사진 왼쪽부터 생명과학부 김선원 교수, 연구 관련 인포그래픽  

·내용 문의: 생명과학부 김선원 교수 | 055-772-1362 | swkim@gnu.ac.kr