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“설탕으로 값비싼 약물 만든다!”
고부가가치 친환경 촉매 개발
값비싼 보조인자 추가 소모 없이 오래 사용할 수 있는‘보조인자 단백질 스윙암’개발
설탕을 공급해 월등히 비싼 약물로 전환… 약물, 에너지 등 고부가가치 창출 기대
□ 전 세계적으로 환경 보호와 지속 가능한 발전이 강조되면서 생촉매인 
효소*를 활용하여 약물 등 유용한 화합물을 생산하는 친환경 기술이 
주목받고 있다. 특히 산화환원 효소(oxidation-reductase)는 화합물의 산
화환원 반응에 관여하는 효소로 약물, 식품 원재료, 에너지 생산 등에 
널리 사용되고 있다.
    효소: 효소는 주로 단백질로 구성이 되며, 비단백 성분인 보조인자도 필요하다. 보조인자에
는 유기물로 구성된 조효소(분자량이 작은 유기물로 NAD, NADP, FAD 등)와 금속이온으로 
주로 이루어지는 보결족이 있으며, 보조인자가 부족하면 효소는 제대로 작동하지 못한다.
□ 효소를 생성물과 분리하여 여러 번 재사용하려면 특정 담체*에 효소를 
고정해야하는데, 산화효소반응에 필수적인 보조인자*인 NAD, NADP* 
등은 값이 매우 비싼데다가 고정시킬 수 없어 매번 추가로 소모된다. 
이 과정에서 높은 비용이 소요되므로 보조인자를 재생시켜 지속적으로 
약물을 생산할 수 있는 시스템 개발이 필요하다.
   담체: 생물반응조 내부에 미생물이 잘 증식하고 생장하도록 하기위해 부착 표면
을 제공하는 매체다.
지스트(광주과학기술원) 보도자료
http://www.gist.ac.kr 
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배포일
2023.03.21.(화)
보도자료
담당
홍보팀장 임성훈 기획부장 겸무
062-715-2061
홍보팀 김소영 행정원 
062-715-2062
자료 문의
신소재공학부 권인찬 교수
062-715-2312
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   보조인자(cofactor): 효소가 촉매로서 활성화될 수 있도록 촉매에 결합하는 유기 화합물
이나 금속 이온을 말한다. 산화환원 효소의 반응 시에는 보조인자로 NAD(P), FAD 등의 
물질이 지속적으로 소모된다. 보조인자는 대부분 가격대가 매우 높아 재사용 기술이 요
구된다. 보조인자의 작동에는 산화환원 효소 사이를 이동하기 위한 유동성이 필수적이다.
   * NAD: 1kg당 약 1,000만원, NADP: 1kg당 약 5,000만원
□ 지스트(광주과학기술원, 총장직무대행 박래길) 신소재공학부 권인찬 교
수 연구팀은 산화환원 반응에 다양하게 활용할 수 있는 플랫폼 기술로
서 보조인자를 재생하는 친환경 생촉매 반응 시스템을 개발했다.   
□ 연구팀은 보조인자를 유연한 단백질인 엘라스틴 유사 폴리펩타이드
(ELP)*를 결합하여 세계 최초로 보조인자 단백질 스윙암*을 개발했다. 
  ∘ 보조인자 스윙암은 고체 지지체에 두 개의 산화환원 효소(포도당 탈수
소효소 및 만니톨 탈수소효소)와 함께 머리카락보다 얇은 마이크로 사
이즈 다공성 비드(bead)에 고정화하여 마이크로 반응기를 제작했다. 
   라스틴 유사 폴리펩타이드(ELP): 엘라스틴이라는 단백질에서 유래된 인조 단
백질로, 유연하면서도 물리적 특성을 설계를 통해 쉽게 조절할 수 있다는 장점이 
있어서 바이오의학의 다양한 분야에서 유용하게 활용되고 있다. 
   스윙암: 고체 지지체에 보조인자의 유동성을 확보한 상태로 고정화하기 위한 
수~수십 나노미터 (nm) 길이를 갖는 지지체. 
□ 마이크로 반응기에 ① 설탕을 구성하는 포도당과 과당을 원료로 공급
하면 ② 포도당 탈수소효소가 포도당(약 700원/kg)을 사용하여 보조인
자를 환원하고 ③ 환원된 보조인자는 만니톨 탈수소효소에 환원력을 
공급하여 ④ 과당(약 1,300원/kg)을 월등히 비싼 약물인 D-만니톨*(약 
10만 원/kg)로 전환하는 고부가가치 생산을 할 수 있다. 
   * D-만니톨(D-mannitol): 안압 및 뇌압 감소 약물
   ∘ 생성된 마이크로반응기 시스템은 값비싼 효소와 보조인자 공급 없이
도 반복적으로 1.6 mM 이상의 D-만니톨을 생산하는 것을 확인했으
며, 이외에도 다양한 약물을 만드는데 활용할 수 있다. 
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    특히 생성된 D-만니톨은 간단한 여과를 통해 반응기에서 쉽게 분리
되어 추가적으로 보조인자를 회수할 필요가 없어 기존에 보조인자를 
생성물로부터 분리 및 회수하는 비용을 크게 줄일 수 있을 것으로 
기대된다. 
□ 권인찬 교수는 “이번 연구성과는 값비싼 보조인자로 인해 상용화에 
걸림돌이었던 산화환원 효소를 이용한 약물 개발을 비롯해 부생가스나 
온실가스 등을 유용한 화합물로 전환하는 새로운 탄소자원화·탄소중
립적 고부가가치 친환경 기술 개발의 가능성을 열 것으로 기대한다”
고 말했다.
□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터, C1가스
리파이너리사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 화학공학 분야 
상위 국제 학술지인 ‘ACS Sustainable Chemistry & Engineering’에 2월 
14일 온라인에 게재되었으며, 표지 논문으로 선정되었다.  <끝>
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사 진 설 명
▲ (왼쪽부터) 지스트 신소재공학부 권인찬 교수, 차재현 석박통합과정생
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1.
산화환원 효소
○ 산화반응 및 환원반응에 촉매 작용을 할 수 있는 단백질 생촉매를 말한다. 이러한 
산화환원효소는 친환경 에너지, 약물 전구체, 식품, 생체센서를 개발할 수 있는 
넓은 응용범위를 갖는다.
2.
보조인자
○ 산화환원 효소의 반응 시 지속적으로 소모되는 NAD(P), FAD 등의 물질을 말한다. 
이들은 대부분 매우 높은 가격대를 가져 지속적으로 재사용하기 위한 기술의 
개발이 요구된다.
3.
스윙 암
○ 고체 지지체에 보조인자의 유동성을 확보한 상태로 고정화시키기 위한 수~수십 
나노미터(nm) 길이를 갖는 지지체. 
4. 엘라스틴 유사 폴리펩타이드 (ELP)
○ 엘라스틴 유사 폴리펩타이드 (ELP)는 엘라스틴이라는 단백질에서 유래된 인공 
단백질로, 고도로 유연하면서도 기계적 강도를 가진 특성을 가지고 있다. 이러한 
특성으로 인해 ELP는 바이오의학 및 재료과학 등 다양한 분야에서 유용하게 
활용되고 있다.
5. D-만니톨
○ 만니톨은 알코올성 당분으로, 다양한 식품에 사용되는 천연 감미료다. 또한 치과 
치료 시에도 사용되며, 소화기 질환 및 기관지 질환에 대한 치료제이다.
용 어 설 명
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그 림 설 명
[그림1] 저널 커버 이미지. 산화환원 효소 및 보조인자 동시고정화 마이크로반응기를 
통한 친환경 생산이 가능하다.  
[그림2] 재사용 가능 산화환원 효소 마이크로 반응기. 다중 산화환원 효소와 
보조인자 스윙암이 마이크로비드에 동시고정화 되어 생성물을 쉽게 분리하고 
여러 번 재사용 가능하다. 
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[그림3] 마이크로 반응기를 통한 D-만니톨 생산포도당 탈수소효소, 만니톨 
탈수소효소와 보조인자 스윙암이 동시고정화된 마이크로 반응기를 통해 
생성물인 D-만니톨을 확인할 수 있다.
[그림4] 마이크로반응기 재사용 생산량 유지. 마이크로반응기의 7번의 반복 사용 동안 
D-만니톨 생산성이 유지되는 것으로 재사용성을 확인할 수 있다. 
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논문의 주요 정보
1. 논문명, 저자정보 
 ○ 저널명 : ACS Sustainable Chemistry & Engineering, (IF: 9.224, 2021)
 ○ 논문명 : Self-Sufficient Reusable Biocatalytic System Outfitted with Multiple 
Oxidoreductases and Flexible Polypeptide-Based Cofactor Swing Arms
 ○ 저자 정보 : 차재현 (제1저자, GIST 신소재공학부), 조진환 (제2저자, GIST 
신소재공학부), 권인찬(교신저자, GIST 신소재공학부)
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권인찬 교수[교신저자] 이력사항
1. 인적사항                                          
 ○ 소 속 : 광주과학기술원 신소재공학부                      
 ○ 전 화 : 062-715-2312
 ○ e-mail : inchan@gist.ac.kr
2. 학력
 ○ 서울대학교 : B.S, Chemical Engineering 
 ○ 서울대학교 : M.S, Chemical Engineering 
 ○ California Institute of Technology : Ph.D, Chemical Engineering  
3. 경력사항
 ○ 1996 - 2001 : Research Scientist, LG Life Science R&D Institute Biotech Ⅱ
 ○ 2001 - 2007 : Research Assistant, Division of Chemistry and Chemical 
Engineering, University of California Institute of Technology
 ○ 2007 - 2008 : Postdoctoral Research Fellow, Chemical Engineering,   
University of California at Berkeley   
 ○ 2008 - 2014 : Assistant Professor, Chemical Engineering, University of Virginia 
 ○ 2014 - 2016 : Visiting Professor, Chemical Engineering, University of Virginia 
 ○ 2004 - 2018 : Associate Professor, Materials Science and Engineering, GIST
 ○ 2018 - 현재 : Professor, Materials Science and Engineering 
4. 연구지원정보 
 ○ 2021 ~ 현재 :과학기술정보통신부‧한국연구재단 선도연구센터 
 ○ 2023 ~ 현재 :과학기술정보통신부‧한국연구재단 중견연구사업  
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차재현 석박통합과정생[제1저자] 이력사항
1. 인적사항                                          
 ○ 소 속 : 광주과학기술원 신소재공학부                         
 ○ 전 화 : 010-9370-8378
 ○ e-mail : cha9492@gm.gist.ac.kr
2. 학력
 ○ 광주과학기술원 : B.S, Chemistry