[비즈월드] 엑소-키티나아제(exo-chitinase)와 엔도-키티나아제(endo-chitinase)를 동시에 생산하는 트리코더마 비리데(Trichoderma viride) AGCC-M41 균주, 상기 균주로부터 분리·정제된 엑소-키티나아제 및 엔도-키티나아제, 및 상기 키티나아제를 이용하여 N-아세틸글루코사민(N-acetylgucosamine)을 생산하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 트리코더마 비리데 AGCC-M41 균주로부터 생산된 키티나아제는 효소의 생산수율이 높고 효과적으로 키틴을 가수분해해 대부분 N-아세틸글루코사민으로 전환시킬 수 있으므로 키틴의 효소적 가수분해에 의한 N-아세틸글루코사민의 생산에 유용하게 사용될 수 있다.

트리코더마 비리데 AGCC-M41 균주의 배양 시간에 따른 엑소-키티나아제의 생산성 비교표. 그림=키프리스 캡처

경상남도 진주에 위치한 연구중심 기업 아미코젠㈜이 2004년 12월 20일 출원(출원번호 제1020040108887호)하고 2006년 12월 27일 등록(등록번호 제100664582호)을 받은 특허 ‘키티나아제를 생산하는 트리코더마 비리데 ＡＧＣＣ-Ｍ41균주, 상기 균주로부터 분리된 키티나아제 및 이를 이용한 Ｎ-아세틸글루코사민의 생산방법’의 요약 설명문입니다.

이 발명은 엑소-키티나아제(exo-chitinase)와 엔도-키티나아제(endo-chitinase)를 동시에 생산하는 트리코더마 비리데(Trichoderma viride) AGCC-M41 균주, 상기 균주로부터 분리·정제된 엑소-키티나아제 및 엔도-키티나아제와 키티나아제를 이용해 N-아세틸글루코사민(N-acetylgucosamine)을 생산하는 방법에 관한 것입니다.

섬유소 다음으로 풍부한 생물질(biomass)인 키틴은 N-아세틸글루코사민(N-acetylgucosamine, NAG)을 기본 단위로 해 β-1,4 결합으로 연결된 다당류로서 분자량은 약 1×106 Da 정도입니다.

키틴은 게, 크릴새우, 보리새우 등과 같은 바다 갑각류들과 거미, 개미, 메뚜기 등과 같은 곤충의 외피를 구성하는 주성분이며, 미생물에서는 녹조류, 효모, 사상균 등의 세포벽 성분으로 발견됩니다.

이런 키틴은 최근에 중요한 천연자원으로서 그 응용성이 점차 증가되고 있습니다. 특히 키틴의 가수분해에 의해 생산되는 D-글루코사민(D-glucosamine, DGA)과 DGA의 아세틸화 형태인 NAG는 퇴행성 관절염에 뛰어난 효과를 나타낼 뿐만 아니라 항염증, 심장보호, 간장보호, 물질동화 촉진에도 효과가 있는 것으로 알려져 있습니다.

키틴의 단량체인 NAG는 생체내 결합조직이나 힘줄, 연골조직 등의 당단백질을 만드는 주요성분으로 작용하는데, NAG를 포함하는 당단백질은 세포와 세포사이를 연결하는 결합물질로서 조직이나 기관의 완전한 유지에 필수적입니다.

또 NAG는 소화관의 점막을 구성하는 주요 성분으로 소화관의 궤양치료에도 도움을 주며 체내에서 NAG가 DGA보다 점막세포에서 훨씬 빨리 이용되는 것으로 밝혀져 있습니다. 이를 통해 NAG는 DGA보다 개량된 생물 신소재로서 그 효용가치가 매우 높을 것으로 판단되고 있습니다.

이와 같이 의약용과 기능성 식품 소재로서의 효용가치가 큰 NAG는 대부분 키틴을 6∼12 N HCl, 60∼80℃ 조건에서 가수분해하는 산 가수분해법(acid hydrolysis)에 의해 생산되고 있습니다.

산 가수분해 과정에서는 키틴이 단당으로 분해되는 동시에 탈아세틸화가 일어나 DGA와 NAG가 동시에 생성되며, 산 가수분해 조건에 따라서 DGA와 NAG의 상대적인 비율이 달라질 수 있습니다. 그러나 탈아세틸화를 줄이기 위해서 산의 농도와 온도를 낮추게 되면 키틴으로부터 얻어지는 NAG의 효율이 낮아지는 문제점이 있습니다.

게다가 기존의 산 가수분해법에 의한 NAG 제조공정은 고농도 산을 사용하기 때문에 장치의 부식, 작업상의 위험, 인체에 유해한 불순물이 발생하고 이의 제거를 위한 복잡한 정제공정의 필요 등과 같은 문제점이 있었습니다.

이런 산 가수분해법의 문제점을 해결하기 위한 대안으로 효소를 사용해 NAG를 생산하는 방법이 제시되고 있습니다. 효소 가수분해법은 키틴 가수분해 효소인 엔도-키티나아제와 엑소-키티나아제의 상승적인 가수분해작용에 의해 키틴을 단량체인 NAG로 전환시킵니다.

이런 효소 가수분해법은 키틴 분해산물인 NAG의 탈아세틸화가 일어나지 않고 불순물이 생기지 않기 때문에 정제공정이 매우 단순하고 높은 수율로 NAG를 생산할 수 있다는 장점이 있습니다.

그런데 키틴으로부터 효소 가수분해법에 의해 NAG를 생산하기 위해서는 결정 상태의 딱딱한 키틴을 키틴올리고당으로 분해하는 엔도-키티나아제와 함께 이렇게 생성된 키틴올리고당을 NAG로 완전 가수분해시키는 엑소-키티나아제가 필요합니다.

그러나 아직까지 이런 효소들을 효율적으로 생산하고 이들을 이용해 NAG를 경제적으로 생산하는 기술이 개발되지 않아 산업적으로 적용되지 못했습니다.

이런 가운데 아미코젠 연구자들은 키틴을 효소적으로 가수분해해 NAG를 효율적으로 생산하기 위해 연구한 결과 인공 돌연변이에 의해 효소활성이 개량된 신규한 돌연변이 균주로부터 기존에 보고된 다른 키티나아제보다 효소활성이 월등히 높고 NAG 생산능력이 뛰어난 키티나아제를 생산할 수 있다는 것을 확인하고, 이 균주로부터 생산된 키티나아제를 이용해 고순도의 NAG를 생산하는 방법을 개발하는데 성공했다고 합니다.

이를 적용한 이너뷰티(먹는 뷰티) 제품 '이너풀'과 '이너풀 하이드로'에 대해 와디즈에서 진행하는 신제품 펀딩이 오픈 10분 만에 달성률 200%를 돌파했다고 지난 21일 밝혔습니다.

해당 업체는 전문 약사들이 만든 건강기능식품 전문기업 '지엠팜'입니다.

와디즈는 일반적인 쇼핑몰이 아닙니다. 스타트업 기업에서 자신들의 신제품을 선보이고 투자자를 모집해서 투자를 받고 보상 개념으로 해당 제품을 제공하는 방식입니다.

지엠팜 측은 '이너풀'과 '이너풀 하이드로'가 다양한 비타민과 미네랄을 바탕으로 몸속 항산화 네트워크를 구축, 유해산소를 제거하고 에너지 생성에 도움을 준다고 설명했습니다.

특히 이너풀 하이드로는 'NAG(N-아세틸글루코사민)'라는 성분을 주원료로 하고 있습니다. NAG는 식약처로부터 '피부 보습에 도움을 줄 수 있음'의 기능성을 인정받은 기능성 원료입니다. 국산 홍게 껍질에서 추출한 성분으로 특허받은 친환경 완전발효효소공법으로 제조해 안심하고 섭취할 수 있고 히알루론산보다 분자 크기가 작아 흡수가 원활하다는 장점이 있다고 설명했습니다.

지엠팜 관계자는 "이너풀과 이너풀 하이드로는 기존의 이너뷰티 제품과 달리 약사들의 발상으로 만들어진 제품이다. 짧은 시간 동안 많은 관심을 받은 만큼 앞으로도 고객을 위한 다양한 제품을 선보일 수 있도록 최선을 다하겠다"고 말했습니다.