Metabolic engineering is a powerful approach for optimization of fermentation processes for more efficient production of desired products. Metabolic engineering can be categorized three parts: genetic modification, analysis and design. Analytical techniques such as expression analysis, protein analysis and metabolic pathway analysis enabled more rational design for strain improvement and biomolecules production. Metabolic flux analysis, which allows calculation of the intracellular metabolic fluxes based on the stoichiometry of intracellular reactions and mass balances around the intracellular metabolites, has become an essential tool for metabolic engineering. In this study, metabolic flux analyses were carried out to optimize metabolic pathways for maximum production of desired products. The optimized metabolic pathways for production of 6 metabolites (acetic acid, lactic acid, malic acid, pyruvic acid, succinic acid, ethanol) and 3 amino acids (aspartic acid, phenylalanine, glutamic acid) were predicted by metabolic flux analyses. Based on optimized metabolic pathways, new efficient metabolite production systems could be suggested, and enhanced production of metabolites might be achieved.
대사 공학은 유전자 재조합 기술이나 분자생물학 기술을 바탕으로 원하는 방향으로 대사회로를 조작하는 일련의 기술을 말한다. 최근의 대사 공학은 크게 유전자 조작, 분석, 디자인의 세 부분으로 나눌 수 있는데, 이들은 각각 독립된 것이 아니라 서로 유기적으로 연결되어 하나의 cycle을 이루고 있다. 그 중에서 특히 분석 기술은 균주의 특성을 향상시키거나 원하는 산물을 효율적으로 생산할 수 있도록 합리적인 실험 설계를 하는데 중요한 역할을 한다. 분석기술의 대표적인 방법 중의 하나가 대사흐름분석이다. 대사흐름분석이란 세포내 대사산물에 대한 물질 수지식과 대사산물 간의 반응식을 바탕으로 하여 세포내 대사흐름을 계산하는 방법이다.
본 연구에서는 대사흐름분석을 이용하여 원하는 대사산물(아세트산, 젖산, 사과산, 피루브산, 숙신산, 에탄올의 대사산물과 아스파르트산, 페닐알라닌, 글루탐산의 아미노산)을 효율적으로 생산할 수 있는 최적화된 대사회로를 예측하였다. 또한 대사흐름분석을 통하여 대사산물의 효율적인 생산에 문제가 되는 제한 요소(limiting factor)를 확인할 수 있었으며 새로운 유전자가 도입되었을 때 전체 대사흐름에 미치는 영향에 대해서도 예측할 수 있었다. 대사흐름분석을 통하여 예측된 최적화된 대사회로를 기반으로 보다 효율적인 대사산물 생산 시스템을 개발할 수 있을 것으로 기대한다.
