KIC News, Volume 15, No. 5, 2012 29
버섯으로부터 강력한 부동액 기능을 갖는 단백질 생산
보통 얼음은 무수한 얼음 입자가 성장하면서 얼음 덩어리가 된다. 얼음 입자가 크게 성장하면 물 이외의 물질은 입자에서 배제되거나 파괴되므로, 식품이나 세포 등의 품질을 유지하면서 냉동하기 위해서는 얼음 입자를 작은 상태로 유지하는 것이 중요하다. 따라서 지금까지는 액체 질소나 높은 소비 전력의 큰 냉동 장치가 필요했다. 부동액 단백질은 얼음 표면에 강하게 흡착하여 얼음 입자의 성장을 억제하는 단백질이 다. 부동액 단백질을 첨가하면 얼음 입자는 보통보다 작아져서 냉동에 의한 식품이나 세포 등에 손상을 줄 일 수 있다. 또한, 동결에 의한 피해를 받기 쉽고, 종래는 냉동 저장이 곤란했던 가공 식품, 야채, 과일 등의 새로운 에너지 절약형 냉동 저장 기술로 활용될 것으로 기대되고 있다. 일본에서는 어류 또는 야채에서 추 출한 부동액 단백질의 응용 기술 개발이 진행되고 있다. 또한 미국에서는 유전자 재조합 기술을 이용하여 생산한 어류 부동액 단백질을 이용한 적용기술(아이스크림)이 개발되고 있다. 그러나 지금까지 저렴한 고 성능의 부동액 단백질을 생산하는 기술은 없었다.
Figure 1. 부동액 단백질이 얼음 결정의 성장을 억제하는 모식도.
AIST는 다양한 세포나 식품을 고품위로 보존하는 기술의 개발과 극지 균류가 가지는 동결 내성 메커니 즘 해명의 연구를 실시해왔다. 종래, 부동액 단백질은 극지에 서식하는 생물만 생산한다고 믿고 있었지만, 2002년에 AIST가 일본에서 어획된 저렴하게 구할 수 있는 어류에서 냉동되지 않는 단백질을 발견, 대량 생산 기술, 부동액 기능의 해명 등에 관한 연구 개발을 수행해왔다. 특히 알려진 부동액 단백질보다 뛰어난 부동액 단백질을 탐색하기 위해 지금까지 연구가 진행되고 있지 않은 버섯이 생산하는 부동액 단백질에도 주목하고 그 분자 구조와 부동액 기능 메커니즘의 해명을 추진해왔다.
금번 이시카리가마노호 대나무(학명 Typhula ishikariensis)는 홋카이도 이시카리 평야의 한랭지에 서식 하는 대표적인 버섯의 일종이다. 이번 연구 개발은 이 버섯이 생산하는 부동액 단백질이 얼음의 성장을 강
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신기술 소개
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30 공업화학 전망, 제15권 제5호, 2012
하게 억제할 강력한 부동액 작용을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 이 버섯이 생산하는 이시카리가마노호 대나 무 부동액 단백질(Tis 부동액 단백질)은 어류나 야채 등의 알려진 부동액 단백질과 분자량 및 아미노산 배 열 등의 성질이 다르다.
Tis 부동액 단백질의 입체 구조는 지금까지 알려진 다른 부동액 단백질의 입체 구조와는 전혀 다른, “나 선형 계단”과 같은 독특한 분자 골격을 가지고 있는 것으로 밝혀졌다(Figure 2a). 이 나선형 계단은 모두 6단으로, 밑단으로 갈수록 커지고 있는데 전체적으로 서양 배와 같은 형상이다. 또한 이 단백질 표면의 일 부는 얼음과 강하게 결합할 수 있도록 평면에 돌출되는 높은 영역(홈)이 형성되는 것으로 나타났다. 또한 이 영역에 있는 여러 홈 안에 여러 물 분자가 불규칙하게 나란히 묻혀 있었다(Figure 2b). 이 영역이 얼음 표면에 접하면, 홈 안의 물 분자는 그대로 얼음 일부가 되고 부동액 단백질과 얼음을 강하게 묶는 ‘닻’과 같은 역할을 하는 것으로 추정된다. 즉 얼음 결정의 여러 얼음 결정 표면에 흡착하여 그 성장을 강하게 억 제하는 것으로 추정된다(Figure 2c).
Figure 2. (a) Tis 부동액 단백질의 입체 구조, (b) Tis 부동액 단백질 분자 표면. (c) Tis 부동액 단백질의 얼음 결정 흡 착 모식도.
이상으로부터, Tis 부동액 단백질은 어류나 야채 등의 부동액 단백질과 다른 새로운 고성능의 부동액 단 백질로 응용이 가능하다. 또한 부동액 기능이 강력하기 때문에 소량을 첨가하는 것만으로도 충분한 효과를 발휘할 수 있다고 생각되는데, 최소 사용량이 약 5분의 1 이 될 것으로 예상된다. 재배나 배양 기술을 이용 한 버섯의 부동액 단백질 대량 생산 기술이 확립되면, 그 특징을 살린 새로운 부동액 단백질의 응용 기술이 진행될 것으로 기대된다.
출 처 : 일본산업기술종합연구소(AIST) 2012.5.29 작 성 : 최 창 식(고등기술연구원)
