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보고서 요약서(보고서 초록)
요약문
SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 연구개발과제의 개요 12
제1절 연구개발의 목적 12
제2절 연구개발의 필요성 12
1. 바이오화학기술의 개발 필요성 부각 및 시장 확대 13
2. 합성생물학기술의 개발 및 활용의 필요성 부각 13
3. 바이오화학기술 및 제품의 개발 시 문제점 15
제3절 연구개발의 범위 16
제2장 국내·외 기술개발 현황 18
제1절 국내·외 바이오화학기술의 개발 현황 18
1. 논문 분석 18
2. 특허 분석 18
3. 시장 분석 19
4. 국내에서 바이오화학 소재를 제품에 적용한 사례 20
제2절 국내·외 합성생물학기술의 개발 현황 20
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 23
제1절 바이오부품/소자 및 세포제어 기술 개발 23
1. 초고속 GESS 및 HTS 기술을 이용한 대사프로파일링 및 신기능 효소 대량탐색 23
2. 바이오부품 모듈화 원천기술 개발 37
제2절 시스템생물학 기반의 다중오믹스 분석 50
1. 대장균 B와 K-12의 다중오믹스 및 시스템 통합 비교 분석 50
2. 플랫폼 미생물 세포조절 네트워크 모델링 및 활용기술 개발 52
3. 고효율 미생물 배양 나노리터 바이오칩 개발 55
4. 생물 네트워크 분석을 위한 바이클러스터링 기법 개발 57
5. Pseudomonas 균주의 Systems Biology Knowledgebase 구축 59
제3절 바이오케미컬 내성 플랫폼 미생물 개발 64
1. 슈도모나스 균주용 분자공학 툴 개발 66
2. 슈도모나스 균주용 선도서열 구축 및 최적화 71
3. P. putida EM42 strain에 T7 expression system 개발 75
4. P. putida 세포공장을 위한 바이오부품/회로 개발 및 적용(해외위탁연구: Victor D. Lorenzo, CSIC-CNB) 79
제4절 바이오화학 케미컬 대량생산 스마트 세포공장 개발 80
1. Adipic acid 대량생산 효모 세포공장 개발 80
2. 슈도모나스용 기반기술 확립 및 슈도모나스 이용 바이오플라스틱 원료 생산 91
제5절 기타 100
1. 리보스위치 활성 검출 리포터 시스템 개발 100
2. 세포대사활성 조절 모듈 탐색 103
3. 한세눌라 폴리모파의 자일로스 대사관련 전사체 분석 109
4. 인체 만노즈형 당사슬 생합성 효모 최적화를 위한 Golgi 및 표면발현 모듈 개발 114
5. Methionine 경로의 주효소인 metA의 효소진화에 의한 대장균 성장온도의 추가 개량 117
6. NRPS 생산용 바실러스 세포공장 개발 119
7. 테페노이드 생산 관련 유전자 확보 122
제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 125
제5장 연구개발결과의 활용계획 129
제1절 추가연구의 필요성 129
제2절 타 연구에의 응용 130
제3절 기업화 추진방안 131
제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 134
제7장 연구시설·장비 현황 138
제1절 바이오화학기술의 고도화를 위한 장비 구축 138
1. 미생물 전용 형광유세포분석기 (FACS AriaIII) 138
2. 바이오케미컬 정밀분석을 위한 LC-MS, GC-MS 138
3. 바이오부품 발굴을 위한 다중 형광 플레이트 리더기 138
제8장 참고문헌 139
해외위탁과제 보고서(2013-2014) 140
자체평가의견서 144
2014년도 주요사업/자체연구사업 평가 결과 및 반영 152
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I. 제목
바이오화학 플랫폼케미컬 생산 스마트 세포공장 기술 개발
II. 연구개발의 목적 및 필요성
스마트 세포공장기술 개발을 위하여 새로운 바이오부품/회로 및 지능형 세포제어 기술을 개발하고, 합성생물학 및 바이오모노머 합성기술을 개발함. 이러한 스마트 세포공장기술을 세계적 강점 분야인 석유화학소재 산업과의 융합을 통해 바이오화학 플랫폼케미컬의 생산을 획기적으로 개선하는 혁신기술 및 지속가능한 바이오화학 원천기술을 개발하는 것을 목적으로 함.
III. 연구개발의 내용 및 범위
1. 스마트 세포공장의 인실리코 설계기술 개발
2. 스마트 세포공장 도입용 바이오부품/소자 합성 및 발굴기술 개발
3. 바이오케미컬 내성 스마트세포공장 기술 개발
4. 바이오케미컬 생산 스마트 세포공장 구축
IV. 연구개발결과
○ 플랫폼 미생물의 통합적 오믹스 분석시스템 개발
○ 플랫폼 미생물의 인실리코 대사 및 조절 네트워크의 구성 및 재설계 기술 개발
○ 미생물 세포공장의 획기적 생산성 향상을 위한 인공유전자 논리회로의 개발
○ 인공유전자회로와 세포대사 제어기술의 동시 구현을 통한 바이오케미컬 생산성 향상
○ 단백질 조립기반 인공대사집적체 개발 및 바이오케미컬 생산 활용
○ 내성이 우수한 Pseudomonas putida의 분자공학 및 게놈 엔지니어링 도구 개발
○ 내성이 우수한 미생물 탐색 및 바이오케미컬 생산에 적합한 내성 효모 구축
○ 지방산 활용의 슈도모나스 세포공장 구축 및 생분해성 플라스틱(PHA) 생산
○ 지방산 활용의 효모 세포공장 구축 및 나일론 전구체(adipic acid) 대량생산 세포공장 개발
○ 이소프렌 생산 슈도모나스 및 대장균 세포공장 구축 및 동적 세포제어 시스템 확립
V. 연구개발결과의 활용계획
○ 본 연구는 미래 유망기술인 합성생물학 분야의 경쟁력 확보를 통하여 "바이오화학 플랫폼케미컬" 생산 스마트 세포공장을 구축하기 위한 연구임. 맞춤형 다중 회로가 장착된 스마트 세포를 개발하여 플랫폼 바이오케미컬 생산에 활용하며, 다양한 바이오부품/소자 및 유전자 회로는 국내외 바이오화학 기업에 지속적으로 기술 이전을 추진
○ 바이오화학 합성 스마트 세포공장기술은 지식경제부에서 추진 중이 바이오화학 2.0사업, 차세대 에너지기술 개발 사업 등에 연계활용 될 것임
○ 본 연구에서 개발한 초고속 효소탐색 및 개량을 위한 유전자회로 기술은 단백질 공학을 통한 효소의 개량과 scaffold 시스템의 최적화를 통해 국제적 경쟁력을 확보할 것임. 신기능 효소의 개발은 거대 외국 효소회사로부터의 수입 대체를 가져올 수 있을 뿐 아니라, 수요가 급증하고 있는 국내 효소산업기반 강화에 기여할 것임.
○ 의약-에너지-화학-환경 분야에 적용할 수 있는 대사공학용 핵심 바이오부품기술을 개발하고, 친환경 바이오소재 생산에 이용함. 예를 들어 원유의 리파이너리(petroleum refinery)에서 공급되던 이소프렌을 청정 바이오 리파이너리(Bio-refinery)를 통해 생산하는 기술은 탄소저감 바이오생산기술로 활용될 수 있음.
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