Corynebacterium glutamicum is generally recognize as a safe strain that is used for mass production of various substances such as amino acids and nucleic acids and is an important industrial microorganism that is used in the industrial field after authorization, for the first time in Korea, as a genetically modified microorganism that produces recombinant proteins. In addition, the secretion production system industrial strain of C. glutamicum is highly valuable because it enables the economical production of recombinant proteins. However, limitations of strain engineering and expression systems to produce recombinant proteins in C. glutamicum still exist. In particular, the system for secretion production, which is advantageous industrially, has limitations in its application because its secretion effectiveness varies depending on the type of target protein. Therefore, in this study, a high expression system for a recombinant protein of C. glutamicum was constructed, and a synthetic signal peptide library was constructed to develop a secretion production system with improved secretion efficiency compared to that of the existing secretion signal system. In addition, a method using a microfluidic device was introduced for high-throughput screening that can quickly and efficiently find a secretion production system optimized for a target product using the developed synthetic signal peptide library. Using this, it was confirmed that a new synthetic signal peptide combination could be screened to engineer the C. glutamicum to be efficient in secretion production. The transcriptional analysis method was used to search for factors that change during secretion. Using this strategy, a more efficient secretory system was developed. In this study, the development of various secretion platforms for high production of recombinant proteins using C. glutamicum is described, and thus, the world's highest secretion titer was finally secured in C. glutamicum.
코리네박테리움 글루타미쿰은 다양한 아미노산 및 핵산 등 다양한 물질의 대량 생산에 이용되고 있는 일반적으로 안전하다고 알려진 균주이며, 한국에서는 처음으로 재조합 단백질을 생산하는 유전자 재조합 미생물로 허가 받아 실제 산업현장에서 사용되고 있는 산업적 중요 미생물이다. 게다가 코리네박테리움 글루타미쿰이 가지고 있는 분비 생산 시스템은 재조합 단백질의 경제적인 생산이 가능하기 때문에 산업적 균주로 그 가치가 높다. 그러나 코리네박테리움 글루타미쿰에서의 재조합 단백질 생산을 위한 균주 조작 및 발현 시스템의 한계는 여전히 존재하고 있다. 특히 산업적으로 이점이 있는 분비 생산을 위한 시스템은 생산 물질의 종류에 따라 그 효용성이 달라지기 때문에 적용의 한계가 있었다. 따라서 본 연구에서는 코리네박테리움 글루타미쿰에서 재조합 단백질 고생산 시스템을 구축하였고, 합성 분비 신호 펩타이드 라이브러리를 구축을 통한 기존의 분비 신호 시스템에 비하여 분비 효능이 향상된 분비 생산 시스템을 개발하였다. 또한 개발된 합성 분비 신호 펩타이드 라이브러리를 이용하여 목적 산물에 최적화된 분비 생산 시스템을 고효율로 빠르게 찾아낼 수 있는 스크리닝 방법을 구축하기 위해 미세유체칩을 이용한 방법을 도입하였다. 이를 이용하여 새로운 합성 분비 신호 펩타이드 조합을 스크리닝 할 수 있음을 확인하였고, 최종적으로는 분비 생산에 효율적이도록 코리네박테리움을 개량하기 위해 전사체 분석 방법을 이용하여 분비 생산 시 변화하는 인자들을 탐색하여 보다 효율적인 분비 생산 균주로 개량하였다. 본 논문에서는 코리네박테리움을 이용한 재조합 단백질 고생산을 위한 다양한 분비 플랫폼 개발에 대해 기술하였으며, 이로써 최종적으로 코리네박테리움 글루타미쿰에서의 세계 최고 분비 생산성을 확보할 수 있었다.
