생명시스템대학 생명공학과의 신종식 교수, 박을수 박사후 연구원(위), 한상우 박사 과정생(아래)이 비대칭합성(asymmetric synthesis)을 통해 광학 활성 아민을 제조하는데 적합한 생촉매 돌연변이체를 개발했다. 이번 연구결과는 응용화학 분야에서 journal ranking 2위(2013년 기준)의 권위지인 Advanced Synthesis & Catalysis 저널에 2015년 5월 13일 온라인 게재가 되었으며 [논문제목 : Mechanism-Guided Engineering of ω-Transaminase to Accelerate Reductive Amination of Ketones], biocatalysis분야에서의 중요성이 인정되어 special ASC Biocatalysis Issue에 선정되었다.
생촉매 합성 방법에 의한 광학 활성 화합물의 비대칭 합성은 최근 화학산업에서 녹색공정에 대한 환경적, 사회적 요구와 맞물려 화학촉매적 방법에 대한 대안으로서 큰 관심을 불러모으고 있다. 현재까지 알려진 transaminase는 대부분의 케톤에 대해 활성이 없거나 매우 낮으며, 이처럼 낮은 기질 반응성으로 인해 적절한 반응속도를 얻기 위해서는 다량의 효소를 사용해야 하므로 대량 생산에 있어서 큰 걸림돌이 되었다.
신종식 교수 연구진은 이러한 한계점을 극복하기 위하여 활성부위 재설계를 통해서 다양한 케톤에 대하여 훨씬 높은 활성을 보이는 Ochrobactrum anthropi 유래의 ω-transaminase 돌연변이체를 개발하였고, 이를 이용하여 케톤으로부터 비대칭 합성을 통해 광학순도 99% 이상의 아민들을 생산할 수 있었다.
이 돌연변이체는 변이를 최소화함으로써, 기존에 알려진 돌연변이체와는 달리 stereoselectivity나 stability와 같은 성질은 유지하면서도 특히 acetophenone에 대한 catalytic efficiency(kcat/KM)가 wild-type에 비해 340배 증가 할 정도로 케톤에 대한 활성이 증대된 것이 특징이다.
이번 연구는 글로벌프론티어사업 차세대 바이오매스 연구단의 지원을 받아 수행됐다.