신규한 베타-카로틴 생산 균주 및 이를 이용한 베타-카로틴 제조방법 document_id A220623073317

두날리엘라(Dunaliella)는 광합성을 하는 녹조류에 속하는 진핵생물로서, 해수의 1/10 정도에 해당하는 염농도로부터 포화용액에 가까운 5M에 이르는 범위의 염농도에서도 생존할 수 있는 염 적응 범위가 높은 특성을 나타낸다. 두날리엘라(Dunaliella)의 분류상 위치는 클로로파이타(Chlorophyta) 문의 클로로파이케(Chlrophyceae) 강에 속하는 볼보칼레스(Volvocales) 목의 두날리엘라세(Dunaliellaceae) 과이며, 세포 부피 50~100 ㎣에 이르는 단세포 녹조류이다. 이들의 세포는 탄성이 있는 얇은 점막질로 둘러싸여 있고 일반 식물과 같은 단단한 다당류 세포벽을 갖고 있지는 않다 (Ben-Amotz 등, Trends in Biotechnology, 8, 121-126, 1990). 대체로 두날리엘라(Dunaliella) 속들의 미세조류들은 질소 함량이 낮고, 햇빛이 강하고, 염농도가 높은 곳에서 발견되며, 이들은 이런 강한 환경적 스트레스 조건에 노출되는 경우, 세포 내에 베타-카로틴을 축적하여 황록색에서 오랜지색을 띠는 것이 발견된다. 이들 베타-카로틴은 엽록체 내의 틸라코이드 막간 공간에 유성 과립구와 함께 축적되는 것으로 보고되었으며(Ben-Amotz 등, J. Phycol. 18: 529-537), 이렇게 축적된 베타-카로틴은 강한 빛으로부터 광합성계를 보호하기 위한 것으로 추측하고 있다. 카로티노이드는 당근, 늙은 호박, 피망, 깻잎, 상추, 부추, 시금치와 같은 녹황색 채소와 과일의 껍질에 주로 존재하는 오랜지색 계열(황색부터 밝은 적색)을 나타내는 색소이다. 그 중 베타-카로틴은 거의 모든 카로티노이드들의 전구체로서, 체내에서 필수영양소인 비타민 A로 전환된다. 비타민 A는 지용성 비타민으로 수용성 비타민과는 달리 간과 같은 조직에서 일정 기간 저장된다. 비타민 A 자체는 다량 섭취하는 경우 독성을 나타낼 수 있지만 베타-카로틴은 필요한 만큼만 체내에서 전환되기 때문에 다량 섭취하여도 독성을 나타내지 않는 비타민 A의 공급원으로 알려져 있다. 베타-카로틴은 동물조직에서 산화로 인한 손상을 방지할 수 있는 항산화 효과, 높은 영양가 및 특유의 색으로 인해 식품 첨가제로 널리 사용되고 있을 뿐만 아니라 항암제, 피부 노화와 관련된 산화 방지제 등으로도 유용하게 사용되고 있다. 그러나 녹황색 채소나 과일에 존재하는 베타-카로틴의 양은 그리 많지 않아 그 생산이 수요를 충족시키지 못하고 있다. 베타-카로틴의 이와 같은 유용성에도 불구하고, 천연 베타-카로틴은 대량생산이 용이하지 못한 실정이다. 베타-카로틴의 대표적 생산 방법은 녹황색 채소로부터 베타-카로틴의 직접 추출 방법이다. 그러나, 이 방법은 계절과 기후 변동에 영향을 받으며, 장기간이 소요되며, 수율 또한 저조한 문제점이 있다. 좀더 안정적인 생산과 높은 수율을 달성하기 위하여 베타-카로틴의 화학적 합성도 시도되었으나, 화학적 합성 생산물의 안전성이 아직 인정되지 못하여 식용으로 사용하기에는 부적합하다. 부족하고 안정적이지 못한 생산량 및 인체사용 안전성에 관련된 문제 때문에 카로티노이드를 많이 합성하는 녹조류인 두날리엘라(Dunaliella)의 이용에 관한 연구가 많이 진행되어 왔다(Packo 등, 2008). 몇몇 산업적 이용에서 두날리엘라(Dunaliella)를 베타-카로틴 생산에 이용하고 있지만, 이들 조류의 베타-카로틴 합성기작의 특성상 만족할 만한 수율을 얻지 못하고 있어 고효율·저비용의 생산을 위한 우수한 균주 개발의 필요성이 있다.