카로티노이드의 원료는 무엇인가?

수13,2025
범주:천연 색소

카로 티 노이 드, due to their antioxidant and anticancer properties, have been widely applied in the pharmaceutical, healthcare, food, and cosmetics industries [1]. Their primary sources include microalgae, higher plants, microorganisms, and certain animals. Since the types of carotenoids present in each type of algae or plant vary significantly, different extraction methods must be employed to isolate various carotenoids from different algae or plants. Astaxanthin and β-carotene extracted from microalgae have already been commercialised. In recent years, the demand for carotenoids has significantly increased. According to statistics, the compound annual growth rate (CAGR) of the carotenoid market value from 2016 to 2021 was 3.5%; by 2021, the global production value could reach 1.52 billion USD [2].

 

경제 발전으로 국민 '의 생활 수준, 영양과 건강에 더 큰 강조, 카로티노이드 수요 증가.또한 화학적으로 합성된 카로티노이드에 비해 자연적으로 합성된 카로티노이드가 더 선호된다.하지만 조류 및 식물에 함유된 낮은 카로티노이드 함량으로 인해 지속적인 추출 기술의 발전에도 불구하고 증가하는 천연 카로티노이드 수요를 충족시키기는 여전히 어려운 실정이다.합성 생물학 기술의 지속적인 발전은 미생물 숙주세포에서 카로티노이드와 탈보조 카로티노이드의 합성을 상당히 촉진시켰다 [3].카로티노이드의 강한 소수성 특성으로 인해 인지질 이중층 막에 쉽게 박히므로 숙주세포에 상당한 어려움이 있으며 [4], 어느 정도는 카로티노이드 합성에 적합한 숙주세포를 선택하는 데 한계가 있다.카로티노이드 합성 경로의 추가 해명으로 촉매 반응에 관여하는 대부분의 효소와 조절 유전자가 확인되었다.이는 카로티노이드를 생산하는 세포공장의 건설에 리론적기초를 제공해주고있으며 또한 의약, 화장품, 식품 등 산업에 널리 응용될수 있도록 과학적인 지원을 해주고있다.

 

카로티노이드의 공급원과 생물학적 기능 1

카로티노이드는 다양하고 널리 분포하며, 고등식물, 미생물, 조류 [5]의 잎과 꽃잎에서 카로티노이드가 발견된다.대부분의 카로티노이드 분자는 분자 골격에 C40 결합 이중결합 폴리엔 사슬과 말단 탄소 고리를 가지고 있으며, 각 카로티노이드의 특성은 방향족 고리와 산소를 함유한 기능군의 종류에 따라 결정된다 [6].카로티노이드는 화학적 구조적 특성과 기능군의 유무에 따라 카로틴과 잔토필로 더 분류할 수 있다.카로티노이드는 식물의 생장과 발육을 조절할 뿐만 아니라 인간의 영양과 건강과도 밀접한 관계가 있다 [7].이들은 예방 및 질병 완화 기능 [8]을 가진 천연 항산화제이며 비타민 A (레티놀)의 생합성을 위한 전구체 역할을 한다.

 

1.1 카로티노이드의 원천

Natural carotenoids are primarily obtained from algae, plants, and microbial fermentation. In algae, Haematococcus pluvialis and Dunaliella salina can synthesise astaxanthin and β-carotene, respectively; Haematococcus pluvialis has the strongest ability to synthesise astaxanthin, with astaxanthin accounting for approximately 90% of the total carotenoids in the cell, and its weight can reach about 7% of the dry cell weight [9]. Bacteria and fungi can also synthesise carotenoids, such as Erwinia and Red Fife yeast [10]. The roots, stems, leaves, and petals of higher plants can also synthesise various carotenoids. Due to the natural carotenoid synthesis pathways in algae, microorganisms, and plant systems, they are ideal candidates for carotenoid synthesis cell factories.

 

아스타잔틴은 케토카로티노이드류에 속하며 조류, 곰팡이, 박테리아에서 널리 발견된다.levo-astaxanthin, dextro-astaxanthin, all-trans-astaxanthin의 3가지 광학 이성질체를 가지고 있다.이성질체마다 항산화 활성에 변화를 보인다 [11].β는 널리 분산 자연에서-carotene, 두 가지 β-carotenoid 터미널 [12] 끝의 고리이다.그것은 주로 4 isomeric 형태로 존재, 자연 스럽게 synthesised 간의 큰 차이 및 화학적으로 synthesised β-carotene all-trans의 비율에 위치 해 있고 cis 탄소, [13].루테인은 주로 녹색 식물의 잎과 꽃에서 발견된다 [14].화학적 분자구조는 2개의 케톤 고리와 3개의 키랄 중심을 포함하며, 8개의 이성질체가 자연계에 공존하고 있다.주로 빛 에너지를 포착하고, 식물의 생장과 발육을 조절하는 등 [15]에 참여한다.대부분의 해조류에는 Chlorella, Chlorella vulgaris, Chlorella vulgaris 등의 루테인이 함유되어 있다.이 중 클로렐라의 함량이 가장 높고 루테인 생산에 유리한 조류균주이다 [16].

 

카로티노이드의 생물학적 기능 1.2

카로티노이드는 강력한 항산화 특성으로 인해 항산화 방어에 매우 중요한 역할을 합니다 (표 1).연구에 따르면 250 mg/kg 몸무게의 루테인을 첨가하는 것은 알비노 쥐에서 방사선에 의한 산화적 손상을 효과적으로 감소시킬 뿐만 아니라 항산화 시스템의 안정성을 유지하는 데 도움이 된다고 한다 [17].또한, 카로티노이드에 따라 항산화 효능에 유의적인 변화를 나타내며, 특정 농도비로 결합할 경우 항산화 활성에 시너지 효과를 나타낸다.예를들면, astaxanthin의 농도 비율을 β-carotene은 1:1, 그들의 시너지 효과 가 항 산화 효과는 가장 강력 한 [18];제아잔틴과 루테인의 질량비가 2:1일 때, 이들의 시너지 항산화 효과가 가장 강하다 [19].

 

 lutein powder

Lutein and zeaxanthin are important components of the macular pigment in the human cornea, protecting the retina from blue light damage and enhancing visual acuity [20]. Therefore, lutein is commonly used in eye health supplements to prevent and alleviate age-related macular degeneration, cataracts, and retinal neural diseases [21]. When the intake of lutein and zeaxanthin is insufficient, the risk of macular degeneration increases [22]. Among carotenoids, astaxanthin and canthaxanthin exhibit better anti-cancer effects. Studies have shown that astaxanthin significantly reduces cancer incidence, inhibits malignant proliferation and metastasis of cancer cells, and reduces tumour weight and size [23]. Astaxanthin exhibits even higher anticancer activity. Studies indicate that astaxanthin-induced cell apoptosis is associated with reactive oxygen species (ROS), and ROS-induced cellular toxicity leads to the catalytic cleavage of caspase-3 and -9 [24]. Studies on prostate cancer have found that fucoxanthin and its metabolite fucoxanthinol can inhibit cell growth, induce apoptosis in prostate cancer PC-3 cells, and activate caspase-3 [25]. Fucoxanthin and fucoxanthinol can also induce tumour cell cycle arrest by regulating the expression of various molecules and signal transduction pathways [26].

 

2. 카로티노이드의 생합성

2. 1 Carotenoid biosynthesis

식물에서 카로티노이드의 합성 경로는 가장 광범위하게 연구되어 왔다.최근 과학자들은 미생물과 조류의 합성 경로에 대한 심층적인 분석을 통해 생물마다 뚜렷한 합성 경로가 있어 카로티노이드의 종류와 산출량이 다양하다는 것을 밝혔다 [28].카로티노이드 합성에 필요한 효소는 식물과 미생물에 따라 차이가 있는데, 식물에서 좀 더 특수한 기능을 한다.예를 들어 옥타하이드로리코펜의 합성과 리코펜의 순환을 촉매하는 역할을 하는 효소는 식물에서는 두 개의 독립된 효소에 의해 수행되는데 반해, 효모 및 곰팡이에서는이 과정이 하나의 효소에 의해 완성된다 [29~30].

 

미세조류는 하급식물로 분류되지만 고등식물과 미생물의 특성을 모두 보유하고 있어 다양한 카로티노이드를 합성할 수 있다.그들이 할 수 있는 합성 α-carotene 그리고 루테인, 식물이 더 높은 것은 독특 한, 뿐만 아니라 카로 티 노이 드 astaxanthin canthaxanthin와 같은, 일반적으로 되는 미생물에서 발견 된다.따라서 미세조류는 카로티노이드 합성을 위한 숙주세포로 사용할 수 있는 독특한 장점을 가지고 있다 [31].카로티노이드 합성 경로의 해명은 카로티노이드 합성 세포 공장 건설에 이론적 근거를 제공한다.합성은 전구체 화합물 geranylgeranyl pyrophosphate (GGPP)로 시작한다.다음 섹션에서는 예를 들어 고등 식물을 이용한 카로티노이드 합성 과정을 간단히 설명합니다 (그림 2).

 

Astaxanthin powder


2.1.1 GGPP의 생합성 경로

GGPP의 생합성은 카로티노이드 합성에 있어서 중요한 단계이며, 그 합성 과정은 간단히 전구체 isopentenyl diphosphate (IPP)의 합성과 IPP 로부터 dimethylallyl diphosphate (DMAPP)의 합성이라는 크게 두 단계로 나눌 수 있다.합성 위치에 따라 IPP의 합성 경로는 더 나아가 mevalonate 경로와 DMAPP 경로로 나눌 수 있다.DMAPP);그리고 전구체 IPP와 DMAPP 으로부터 GGPP를 합성한다.합성이 일어나는 위치에 따라 IPP 합성 경로는 메발론산 (MVA) 경로 [32]와 인산메틸 에리트리톨 (MEP) 경로 [33]로 더 나뉘는데, 둘다 구분되어 있다.이 중 MVA 경로는 대부분의 포유류와 효모세포의 세포질 기질과 소포체 (endoplasmic reticulum)에서 주로 발견되며, acetyl coenzyme A를 출발물질로 한다;MEP 경로는 일반적으로 고등 식물, 일부 박테리아, 조류의 원형질체에 존재하며 [34], 3-phosphoglycerate (GA-3-P)와 pyruvate 가 출발 물질이다 [35].IPP와 DMAPP의 형성 후, MVA와 MEP 경로의 촉매 단계는 대체로 동일하다.

 

2.1.2 GGPP 로부터 카로티노이드의 합성

Starting from GGPP, enzymes involved in the synthesis of various carotenoids include oxidoreductases (EC1) such as PDS (phytoene desaturase) and ZDS (ζ-carotene desaturase), transferase enzymes (EC2) such as PSY (phytoene synthase), and isomerase enzymes (EC5) such as LCYe (lycopene ε-cyclase) and LCYb (lycopene β-cyclase), among others.

 

주요 과정은 다음과 같다:첫째, GGPP는 PSY에 의해 catalysing 되어 phytoene을 합성하고, 다른 carotenoids 들은 탈수소 및 cyclisation을 통해 phytoene 으로부터 추가로 파생된다.이 경로에서 중요한 속도 제한 효소가 PSY 인데,이 효소의 암호화 유전자는 박테리아에서는 CrtB, 진핵생물에서는 PSY이다.그것의 발현 수준이나 활동을 조절하면 대사 경로의 유동성을 조절할 수 있다 [36].예를들어, 강간과 potato-derived 추출 굳은 조직에서, 구조 싸이의 overexpression이 증가에 노 총 드 콘 텐 츠 세포, 그리고 β-carotene 합성은 또한 크게 향상 된 [37]다.


싸이는 대부분의 식물에서 단복사 유전자이기 때문에 [38] 유전공학 기술을 이용하여 식물의 카로티노이드 함량을 향상시킬 수 있는 이상적인 표적이다.둘째, octahydrolycopene은으로 변환 ζ-carotenoid PDS의 촉매작용 아래, 그리고 ζ-carotenoid은 더 리코 펜 ZDS의 촉매작용 아래로 전환 된다.Gao 등 39명은 백색광이 자몽 (Citrus paradisi) 캘러스에서 CpPDS와 CpZDS의 발현을 억제하여 리코펜 합성을 감소시킬 수 있음을 발견했다.Qin 등은 Arabidopsis의 카로티노이드 합성 경로에서 AtPDS3 유전자가 돌연변이 된 후, AtPSY와 AtZDS와 같은 유전자의 발현 수준이 현저히 감소하여 카로티노이드 합성 장애가 일어나고 엽록소와 깁베렐린 합성 경로의 억제를 초래하였다.

 

리코 펜으로 전환 될 수 있는 효소의 촉매작용 아래 카로 티 노이 드 다르고:CrtE의 촉매작용 아래, 그것 cyclised 할 수 있는 형태 δ-carotene, 추가로 변환 되는 ε-carotene;CrtY의 촉매작용 아래, γ으로 전환 될 수 있-carotene, 추가로 변환 되는 β-carotene다.또한, CrtB의 변환을 촉진시 할 수 있 δ-carotene로 α-carotene다.GGPP 로부터 합성되는 카로티노이드 종류는 매우 다양하여 천연 카로티노이드 합성 경로의 중요한 요소를 구성한다.이 경로에 대한 완벽한 이해는 카로티노이드 생합성 경로의 설계, 수정 및 응용을 위한 이론적 기초를 제공할 것입니다.

 

카로티노이드에서 잔토필로의 합성 2.2

카로 티 노이 드에서 신진대사의 경로를 synthesising xanthophyll 색소하 려면 5 유형의 oxidoreductases LUT1을 포함 한 노 (드 ε-hydroxylase), CrtZ (β-carotene 3-hydroxylase), LUT5 (β-ring hydroxylase), ZEP (틴이 epoxidase), 그리고 VDE (violaxanthin deepoxidase)다.연속 hydroxylation 반응, 교육을 받은 후 β 첫번-carotene 형태 β-cryptoxanthin, 그때는 틴로 전환 된다.

 

이 중에서 제아잔틴이 플라보퀴논을 형성하기 위해 고리-입구를 거치고, 이것이 다시 비올라잔틴으로 더 전환되는 과정은 가역적이다;전진 2단계 반응 (즉, 순환 반응)을 촉매하는 효소는 모두 ZEP 이며, 약한 빛 또는 어두운 조건에서 반응이 일어난다.Arabidopsis에서이 효소를 암호화하는 유전자는 AtABA1;역 2단계 반응을 촉매하는 효소들 (즉, 탈질 반응)은 모두 ZEP 이며, 반응은 강한 빛 조건에서 일어난다;Arabidopsis에서이 효소를 암호화하는 유전자는 AtNPQ1 이며, 전체 주기를 루테인 주기 (lutein cycle) [41] 라고 한다.현재 각 반응단계에 관여하는 촉매효소는 특히 고등식물 Arabidopsis에서 확인되었다 (표 2).카로티노이드에서 루테인 합성 경로에 대한 연구는 특정 유형의 카로티노이드를 합성하기 위한 지시성 진화 또는 스트레스 반응 방법에 사용될 수 있습니다.

 

카로티노이드 합성세포 공장 구축 및 합성생물학 전략 3

카로티노이드의 생합성 경로는 가장 기본적인 IPP/DMAPP을 노드로 하여 상류와 하류 경로로 나눌 수 있다.업스트림 경로는 IPP와 DMAPP의 합성이 수반되며, MEP와 MVA의 두 가지 경로를 통해 얻을 수 있다.하류 경로는 IPP와 DMAPP에서 시작하여 여러 반응과 수정을 거치며 궁극적으로 다양한 카로티노이드와 그 카로티노이드를 합성한다 파생상품들이다.

 

카로티노이드 합성 세포 공장 건설은 여러 모듈의 조립과 적응을 포함하는 복잡한 공정입니다.이는 목표 산물에 기반한 적절한 촉매 성분의 선택뿐만 아니라 경우에 따라 NADPH 및 ATP 합성의 향상, GGPP 전구물질의 공급 증가 또는 대사 중간체의 피드백 억제 효과를 완화하기 위한 외인성 MVA 경로의 도입이 필요하다 [42].카로티노이드 합성 경로에 필요한 촉매 성분에는 경로의 화학 반응을 촉매하는 다양한 효소들이 포함되는데, 예를 들면 synthases, dehydrogenases, cyclases, hydroxylases, ketolases 등이 있다.카로티노이드 수율을 높이기 위해서는 숙주세포에서 기질에서 목표 생성물까지의 대사 유동성을 최대화하면서 비필수 부산물이나 대사 중간체의 생산을 최소화해야 한다.따라서 최적의 호스트 셀 및 촉매 성분을 선택하여 촉매 특성, 발현 수준, 호스트 적응성 등 여러 차원에서 최적으로 조합해야 합니다.

 

3.1 카로티노이드 합성 숙주세포의 선택 및 변형

합성생물학 기술의 지속적인 발전은 Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae, Yarrowia lipolytica와 같은 차대세포에서 carotenoids와 그 유도체의 효율적인 합성을 현저히 진보시켰다 (표 3).대부분의 카로티노이드는 강한 소수성을 나타내어 세포막 구조에 상당한 손상을 초래하고 [44] 세포 내에서 합성 후 정상적인 세포 생리 기능을 손상시킨다.추가적으로, 미생물 섀시 세포의 제한된 막 구조 또한 카로티노이드 생산량을 증가시킬 수 있는 가능성을 제한한다.뿐만 아니라, 카로티노이드의 강력한 감소 특성은 차대세포에서 스트레스 반응을 유발하여 세포 내 활성산소종 (ROS) 수준의 현저한 증가와 세포 성장의 피드백 억제를 유도할 수 있다 [45].

 

따라서 유도성 촉진제 (inducible promoters)를 채용하여 생산 균주의 성장과 생산을 분리하고 [46], 조작된 수송체 (engineered transporters)와 막 소포 수송 시스템 (membrane vesicle transport system)을 만들면 카로티노이드 유출을 촉진하고, 막 시스템 스트레스를 완화하며 [47], 카로티노이드 합성에 대한 피드백 억제 효과를 줄일 수 있다.섀시 셀의 복잡한 내부 환경은 목표 산물의 합성이 불가피하게 다양한 세포 내 인자의 영향을 받는다고 판단합니다.특히 내인성 비필수 유전자는 카로티노이드 합성 능력에 상당한 영향을 미친다 [48].숙주 세포에서 필수적이지 않은 유전자를 조절, 설계, 수정하면 외인성 발현 모듈과 내부 환경 간의 호환성을 향상시키고 세포 내성을 향상시키며 목표 경로의 대사 유동성을 강화할 수 있다.

그러나 합리적으로 설계될 수 있는 비필수 유전자의 수가 제한적이고 내부 환경에 미치는 영향이 제한적이라는 점을 고려할 때, 유전자 및 표현형 다양성을 증가시키기 위해 무작위 돌연변이 발현 (random mutagenesis)과 같은 비합리적 설계 전략이 필요하며, 이를 통해 균주의 실험실 진화를 가속화시킬 수 있다 [49].

 

 beta-carotene powder

단백질 발현, 변환 후 변형, 촉매 환경 측면에서 제품의 자연 숙주와 더욱 긴밀하게 연계되는 식물 섀시 시스템은 최근 연구자들로부터 관심이 높아지고 있다.현재 연구자들은 담배, 토마토, 쌀 등을 섀시 세포로 사용하여 리코펜 [50]과 같은 카로티노이드를 생산할 수 있다.예를 들어 류야오광's 팀은 카로티노이드 합성 경로를 벼 배지에 도입하여 [51] 다양한 카로티노이드가 풍부한 새로운 쌀 품종을 탄생시켰다.또한, 천연 카로티노이드 합성 경로를 가지고 있는 클라미도미나스 라인하르티이 (Chlamydomonas reinhardtii)와 시스코시스티스 (Synechocystis)도 이상적인 식물 섀시 세포이다 [52].

 

카로티노이드 합성 경로의 모듈러 조립 및 적응 3.2

카로티노이드 셀 공장 건설은 여러 모듈의 조립뿐만 아니라 경로 모듈 간의 촉매 성능 및 발현 수준 등의 요소들의 조합과 적응이 수반된다.궁극적인 목표는 기질에서 목표 생성물까지의 대사 유동성을 극대화하면서 비필수 부산물과 대사 중간체의 축적을 최소화하는 것이다 [53].카로티노이드 합성에서 속도 제한 효소로는 CrtE, CrtI, CrtZ, CrtW 등이 있는데 이들은 비교적 광범위한 기질 특이성을 나타내며 여러 가지 연속적인 반응을 촉매할 수 있다.그러나, 다른 원료로부터 나오는 속도 제한 효소들은 연속적인 반응을 촉매할 때 다른 반응 단계의 수를 요구할 수 있으며, 전체 카로티노이드 함량 중 대상 화합물의 비율에 크게 영향을 미친다 [54].또한 촉매 성분 간의 기질 선택성의 차이는 대사 중간체의 전환율에 영향을 줄 수 있다 [55].따라서, 다른 원료로부터 촉매 성분을 스크리닝하고 조합하는 것은 카로티노이드 합성 플럭스를 향상시키고 대사 중간체의 축적을 줄이는 효과적인 전략이다 [56].

 

뿐만 아니라 모듈 발현 수준을 조정하면 전반적인 대사 유동성을 향상시키고 속도 제한 단계를 약화시킬 수도 있다 [57].모듈의 발현 강도를 조절할 때 promoter 강도, copy number, 염색체상의 모듈의 통합 위치 등의 인자들이 변경될 수 있다.일반적으로 모듈은 표현을 위해 다양한 플라스미드로 클로닝할 수 있어 다양한 표현 강도를 가진 표현 라이브러리의 신속한 구축이 용이하고 다양한 모듈에 대한 표현 레벨의 조정이 가능하다.뿐만 아니라 서로 다른 프로모터의 강점을 조합하고 플라스미드의 복제 원점을 조정함으로써 라이브러리의 다양성을 높일 수 있으며, 모듈 발현 강도의 동적 범위를 확장할 수 있다 [58].카로티노이드 합성 경로 유전자 모듈의 안정적인 발현을 위해 섀시 게놈 통합 방식을 채택할 수 있습니다.염색체상의 발현 모듈의 삽입 위치와 복사 수는 모듈의 전체 발현 수준과 카로티노이드 합성 경로의 플럭스 (flux)에 유의하게 영향을 미친다.

 

카로티노이드 세포공장 건설시, 모듈간 최적의 호환성을 확보하기 위해서는 촉매원소의 촉매성능, 유전자 복사수, 발현수준, 염색체 상의 원소들의 통합위치 및 배열순서 등의 다양한 요소들을 선별해야 한다.이를 위해서는 필요한 범위를 충족하기 위해 충분히 큰 도서관을 건설해야 한다.모듈러 대사 공학 (Modular metaboltic engineering, MME)은 대사 경로에 관련된 촉매 단위를 군집 및 그룹화할 수 있으며, 각 촉매 단위 그룹을 모듈 (module)로 처리할 수 있다 [59].이 방법은 모듈 간 발현 수준의 균형을 맞추는 것만을 포함하므로 카로티노이드 세포 공장 건설의 복잡성을 크게 줄일 수 있습니다.

 

4 요약 및 전망

카로티노이드는 선명한 색깔과 중요한 생물학적 기능을 가지고 있어 제약, 식품, 건강 산업에 널리 사용되며 높은 상업적 가치를 가지고 있다.최근 카로티노이드의 수요는 꾸준히 증가하고 있다.현재, 카로티노이드에 대한 화학 총 합성 기술은 성숙되어 1차 생산 원천으로 사용됩니다;그러나, 그것의 식용 안전성은 여전히 불확실하다.이에 따라 카로티노이드 합성세포 공장을 건설해 관련 제품을 생산하는 것이 주목받고 있다.카로티노이드 합성 세포 공장의 생산 능력을 극대화하려면 설계와 규제를 최적화해야 한다.대사 불균형과 중간 축적과 같은 문제를 효과적으로 해결하기 위해서는 조절 요소를 구성하고, 물질과 에너지 흐름을 정밀하게 조절하기 위한 유전자 회로를 설계하고, high-throughput screening, 효소 설계, 컴퓨터 시뮬레이션, 모델 분석 및 결합된 유전자 제어 요소를 활용하는 것이 필수적입니다.

 

합성생물학 기술의 지속적인 발전은 카로티노이드 세포 공장 건설에 새로운 기회를 가져왔다.이는 공학에서 카로티노이드 합성 관련 부품의 모듈화를 가능하게 할 뿐만 아니라 매우 유리한 생물학적 특성을 부여한다.이는 특정 생물학적 기능으로 생물 시스템을 구성하고 대규모 설계, 개발, 수정 및 응용을 달성하기 위해 관련 기능 구성 요소를 통합할 수 있는 더 많은 가능성을 제공합니다.이러한 방법으로 얻은 카로티노이드 합성 대사 경로는 더 나은 예측 가능성을 보일 뿐만 아니라 수정 과정을 단순화하고 전통적인 대사 공학의 효율성을 향상시킵니다.또한 컴퓨터 지원 설계 및 딥 러닝을 통해 대사 경로 설계 및 프로세스 구축을 가속화하고 최적화할 수 있습니다.지속적인 설계, 구축, 시험, 학습 모델을 활용함으로써 사전에 대상 공정의 원하는 효과를 달성할 수 있을 것으로 기대되며, 이를 통해보다 효율적이고 안정적인 인공합성전지 공장의 개발이 가능할 것으로 기대된다.여러 분야의 학제적 통합은 의심할 여지 없이 카로티노이드 합성 셀 공장의 건설을 처리량이 많고 지능적이며 효율적인 방향으로 이끌 것입니다.

 

참조

[1] Borowitzka 엄마다.microalga-의 고부가 제품 개발 및 상업화 [J.J Appl Phycol, 2013, 25(3):743-756.

[2]Han SI, Chang SH, Lee C, 외.green microalga, Haematococcus lacustris[J]에서 pH shock으로 Astaxanthin 생합성 촉진.바이오레사우어 테크놀, 2020, 314:123725.

[3]MaT, Shi B, Ye Z 등이 있다.리코펜의 고수율 생산을 위한 Saccharomyces cerevisiae의 체계적 대사공학을 이용한 지질공학 (Lipid engineering)과 Saccharomyces cerevisiae (J.Metab Eng, 2019, 52:134-142.

[4] 로페즈 J, 카탈도 VF, 페나 M 등이 있다.bioprocess 구축에 탄탄 한 변종-β-carotene 재조 합로 미세 [J]에서 생산이다.Front Bioeng Biotechnol, 2019, 7:171.

[5]Sasso S, Pohnert G, Lohr M 등이 있다.포스트게놈 시대의 미세조류:새로운 천연물을 위해 피어나는 저수지.FEMS Microbiol Rev, 2012, 36(4):761-785.

[6] 아흐라젬 오, 고메즈-고메즈 L, 로드리고 M 외.미생물과 광합성 생물로부터 카로티노이드 분열 산소 분해효소:특징과 기능 [J].IntJ Mol Sci, 2016, 17(11):1781.

[7] 프레이저 PD, 브램리 PM.카로티노이드의 생합성과 영양학적 이용.Prog Lipid Res, 2004, 43(3):228-265.

[8]Eggersdorfer M, Wyss A. Carotenoids in human nutrition and health[J].Arch Biochem Biophys, 2018, 652:18-26.

[9] 펄즈 O, Gross W. Valuable products from biotechnology of microalgae[J].Appl Microbiol Biotechnol, 2004, 65(6):635-648.

[10] 플라쇼스키 G, 아울리히 K, 보흐메 H 등.유전자변형식물 (GMP) 사료에 관한 연구 (Studies on feed from genetically modified plants(GMP)-Contributions to nutritional and safety assessment)동물사료 Sci 테크놀, 2007, 133

[11] 카츠다 T, 라바부르 A, 시마하라 K 외.EDs[J] 조명 하에서 Haematococcus pluvialis에 의한 Astaxanthin 생성 다.Enzyme Microb Technol, 2004, 35(1):81-86.

[12] 장의 l. 번식 high-yielding β-carotene 변종 Blakeslea trispora 및 최적화 fementation 기법의 [D] 다.우한 (武漢, 무한):화중과학기술대학 (華中科技大學), 2017.

[13] 마타-고메즈 LC, 몬타네즈 JC, 멘데즈-자발라 A 등.효모에 의한 카로티노이드의 생명공학적 생산:개요 [J.Microb Cell Fact, 2014, 13:12.

[14]라도 J, 자카리아스 L, 로드리고 MJ.과실 발생 중 카로티노이드 생합성 조절 [J] 다.서브셀 바이오켐 (Subcell Biochem),2016, 79:161-198.

[15] 미트리 K, 셰고카르 R, 괼라 S 등.경구 및 진피 전달을위한 항산화 제형으로 루테인 나노 결정 [J].Int JPharm, 2011, 420(1):141-146.

[16] 공 M. 광영양재배를 이용한 Chlorella vulgaris의 루테인 생산 및 회수 조사 (D) 다.런던:The University of Western Ontario, 2017.

[17]Vasudeva V, Tenkanidiyoor YS, Peter AJ 외.연구논문:스위스 알비노 생쥐에서 루테인의 방사선 보호효능 (the Radioprotective efficacy of lutein in ameliorating electron beam radiation-induced oxidative injury in Swiss albino mouse [J])이란 J Med Sci, 2018, 43(1):41-51.

[18]Zhang T, Deng S, Chen YH 등.항 산화 활동과 시너지 astaxanthin의 영향과 β-carotene [J] 다.Food Ferment Ind, 2021, 47(9):8-15.

[19] 렌 DD, 장 엘, 왕 XT 외.루테인과 제아잔틴의 시너지 항산화활성에 관한 연구 (J.Sci Technol Food Ind, 2017, 38(17):296-299, 304.

[20] Fernandez-Sevilla JM, Acien Fernandez FG, Molina Grima E.Biotechnological production of lutein and its applications[J].Appl Microbiol Biotechnol, 2010, 86(1):27-40.

[21] 오자와 Y, 사사키 M, 타카하시 N 외.망막에서 루테인의 신경보호 효과 [J.Curr Pharm Des, 2012, 18(1):51-56.

[22]Hwang JS, Han SG, Lee CH 등.루테인은 SIRT1[J]를 상계함으로써 망막색소상피세포의 고당화로 인한 조기노화를 억제한다.J 식품 Biochem,2018, 42(3):e12495.DOI:10이다.1111/jfbc.12495.

[23]Sathasivam R, Ki JS.microalgal carotenoids의 생물학적 활성과 의료 및 화장품 산업에서의 활용 가능성에 대한 검토.Mar Drugs, 2018, 16(1):26.

[24]Kim KN, Heo SJ, Yoon WJ 외.푸코 산신 염증 반응의 활성화를 억제 함 으로써를 억제 한 NF-κ B와 MAPKs에서 원시 264 lipopolysaccharide-induced 합니다.7 대식 세포다 [J다]Eur J Pharmacol, 2010, 649(1/2/3):369-

[25]Kotake-Nara E, Terasaki M, Nagao A.의 human promyelocytic leukemiacells에서 fucoxanthin에 의해 유도된 apoptosis의 특성 (J.「 바이오 sci Biotechnol 바이오켐 」, 2005, 69(1):224-227.

[26]Satomi Y. fucoxanthin의 항암 및 암 예방 기능:amarine carotenoid[J].Anticancer Res, 2017, 37(4):1557-1562.

[27]Gong M, Bassi a. Carotenoids from microalgae:a review of recent developments[J]에 대한 자료입니다.Biotechnol Adv, 2016, 34(8):1396-1412.

[28]Britton G, Liaaen-Jensen S, Pfander H. Carotenoids[M].버크하우저 바젤 (Birkhauser Basel), 2004.

[29] 왕 CF, 지아 QY, 지아 ZZ 등.리코 펜의 연구에 ε-cyclase 담배 [J] 가뭄에 적용 한다.J Henan Univ:Nat Sci, 2019, 49(4):444-449.

[30] 징 YW, 궈 F, 장 SJ 등.최근 산업용 효모를 이용한 리코펜의 생물학적 합성에 관한 연구 (Recent advances on biological synthesis of lycopene by using industrial yeast[J.Ind Eng Chem Res, 2021, 60(9):3485-3494.

[31] 페로제니 F, 카자니가 S, 베이어 T 등.Turning a green alga red:engineering astaxanthin biosynthesis by intragenic pseudogene revival in Chlamydomonas reinhardtii[J] (영어).bioRxiv, 2019, DOI:10.1101/535989다.

[32]Porter J W, Lincoln RE. Lycopersicon selection 중 카로틴과 무색 폴리엔의 함량이 높은 카로틴 생합성의 메커니즘 [J.Arch Biochem. 1950, 27(2):390-403.

[33] Cardenas-Conejo Y, Carballo-Uicab V, Lieberman M 등이 있다.Bixa orellana에서 methylerythritol phosphate, carotenoid 및 bixin 생합성에 관련된 유전자를 확인하기 위해 De novo transcriptome sequencing을 하였다 [J.BMC Genomics, 2015, 16:877.

[34] 파니아구아-미셸 J, 올모스-소토 J, 루이즈 마.박테리아와 미세조류의 카로티노이드 생합성 경로 [M]//.Barredo JL,다.박테리아와 미세조류의 미생물 카로티노이드.서울:Humana Press, 2012, 1-12.

[35]You MK, Lee YJ, Kim JK 외.Oryza sativa 잎과 씨앗의 카로티노이드 대사에 있어서 MEP 경로의 첫 두 효소인 벼 DXS와 DXR의 기관 특이적 역할 [J.BMC Plant Biol, 2020, 20(1):167.

[36] Shewmaker CK, Sheehy JA, Daley M, 외 다수.phytoene synthase의 씨앗 특이적 과발현:carotenoids의 증가와 기타 대사 효과 [J.플랜트 J, 1999, 20(4):401-412.

[37] 노래 XY이다.복제와 기능 분석의 β-carotene 합성 유전자 stlcyb에서 감자 [D] 다.난징:난징농업대학, 2015.

[38]Wang YP, Liu QC, Zhai H. Expression and regulation of genes related to plant carotenoid biosynthesis and their application in plant gene engineering (식물 카로티노이드 생합성과 관련된 유전자의 발현 및 조절).Mol Plant Breed, 2006, 4(1):103-110.

[39]Gao HJ, Xu J, Liu X 등이 있다.4가지 유전자형의 감귤 캘러스에서 carotenogenesis 유전자의 carotenooids 생성 및 발현에 미치는 광효과 (J.Acta Physiol Plant, 2011, 33(6):2485-2492.

[40] 진 G, 구 H, 마 L 등.phytoene desaturase 유전자의 붕괴는 엽록소, 카로티노이드, 깁베렐린 생합성을 저해함으로써 Arabidopsis의 알비노와 왜소 표현형을 발생시킨다 [J].셀레스, 2007, 17(5):471-482.

[41] 가르시아-플라자 올라지, 마츠바라 S, 오스몬드 CB.고등식물의 루테인 에폭사이드 주기:다른 잔토필 주기와 가능한 기능과의 관계 (J).Funct Plant Biol, 2007, 34(9):759-773.

[42]Yoshida R, Yoshimura T, Hemmi H. Escherichia coli cell의 methanogenic archaeon Methanosarcina mazei 로부터"archaeal"mevalonate 경로를 복원 [J].Appl Environ Microbiol, 2020, 86(6):e02889-19.

[43]Wang Y, Qu JZ, Liang N 등.카로티노이드 생합성을 위한 세포 공장의 신속한 건설 및 지시 진화 [J].Chem IndEng Prog, 2021, 40(3):1187-1201.

[44] 고토 S, 코구레 K, 아베 K 등.인지질 막 표면과 내부에서 효율적인 라디칼 트랩 (radical trapping)은 카로티노이드 아스타잔틴 (astaxanthin)의 매우 강력한 항과산화 활성을 담당한다 [J].Biochim Biophys Acta, 2001, 1512(2):251-258.

[45] 베르왈 R, 지앙 Y, 왕 J 외.Saccharomyces cerevisiae에서 Heterologous carotenoid 생산은 pleiotropic 약물내성 스트레스 반응을 유도한다 [J].효모, 2010, 27(12):983-998.[46]Zhou PP, Xie WP, Yao Z 외.engineered Gal4를 protein switch로 이용한 온도반응 효모세포 공장 개발 (J.Biotechnol 바이오엥, 2018, 115(5):1321-1330.

[47]Wu T, Ye L, Zhao D, 외.리코펜 축적 증가를 위한 공막 형태 및 합성 조작 inEscherichia coli 세포 공장 [J].3 Biotech, 2018, 8(6):269.

[48] 천이, 왕이, 류엠 등.기본 및 보조 키를 대사의 효과 가 유전자 삭제 (Δ YPL062W) metabolically에서 만들 어진 terpenoid-producing로 미세다 [J다]Appl Environ Microbiol, 2019, 85(7):e01990-18.DOI:10이다.1128/aem.01990-18다.

[49] 양 YF, 겡억, 송히 외.합성 생물학 시대의 생화학 생산을 위한 섀시 세포로서 비모델 산업 박테리아의 개발 과정 및 관점 [J.Chin J Biotechnol, 2021, 37(3):874-910.

[50] 정익스, 양 WS, 지지 외.카로티노이드 생합성의 유전자 클로닝 및 유전자 조작 진행.Chin J Cell Biol, 2006, 28(3):442-446.

[51] 주 QL, 쟁 DC, 유 SZ 등.황금쌀에서 아스타리스까지:생명공학 아스타잔틴 생합성 (J.Mol Plant, 2018, 11(12):1440-1448.

[52] 쿠소 1세, 코르데로 BF, 바르가스 마 외.연구논문:Chlorella zofingiensis에서 분리한 Zeaxanthin epoxidase 유전자를 이용한 Chlamydomonas reinhardtii npq2 돌연변이의 효율적 이형형질전환 (J) 다.Mar Drugs, 2012, 10(9):1955-1976.

[53] 우 T, 장 Z, Bi는 CH. 개선 β-carotene 생산에 대한 modularized 규제 하여 대장균의 세포막 합성 경로와 형태론 공학 [J]다.Chin JBiotechnol, 2018, 34(5):703-711.

[54] 량엔, 첸 C, 왕이 외.카로티노이드 합성에서 phytoene dehydrogenase CrtI의 촉매 특이성 탐색 [J.ACSSynth Biol, 2020, 9(7):1753-1762.

[55] 루 Q, 부 YF, 류 JZ.주요 카로티노이드로서 astaxanthin을 생산하기 위한 대장균의 대사공학 [J.Mar Drugs, 2017, 15(10):296.

[56]Henke N, Heider S, Peters-Wendisch P, 외.Corynebacterium glutamicum[J]의 대사적 조작에 의한 해양 카로티노이드 astaxanthin의 생산.Mar Drugs, 2016, 14(7):124.

[57]Zhao J, Li QY, Sun T 등이 있다.공학의 중앙 대사 모 듈 대장균 향상을 위한 β-carotene 생산 [J]이다.Metab Eng, 2013, 17:42-50.

[58] 쿠즈망 P, 바우웬스 D, 마에르텐스 J 외.직접조합적 경로 최적화 (Direct combinatorial pathway optimization)ACS Synth Biol, 2017, 6(2):224-232.

[59]Morrone D, Lowry L, Determan MK 외.E. coli에서 모듈형 대사공학 시스템을 이용한 diterpene 생산량 증가:MEV와 MEP isoprenoid 전구체 경로 비교 (comparison of MEV and MEP isoprenoid precursor pathway engineering)Appl Microbiol Biotechnol, 2010, 85(6):1893-1906.

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