L-테아닌은 독특한 풍미와 많은 치료 효과를 갖춘 아미노산의 한 종류로, 식물로부터 추출, 화학 합성, 효소 합성에 의해 생산될 수 있다. 특히, γ-글루탐일메틸아미드 합성효소 (GMAS)를 이용한 효소적 합성 방법은 높은 순도의 L-폼, 적은 위험 요소, 빠른 반응 시간 등의 장점이 있어 L-테아닌 생산의 매력적인 대안으로 간주되고 있다. 그러나 GMAS에 의해 촉매되는 L-테아닌 생합성 경로는 고도로 ATP에 의존적이며, ATP는 고가이며 안정성이 낮아 산업용으로 적합하지 않다고 여겨진다. 그렇기 때문에 ATP를 직접 사용을 줄이는 전략을 도입할 필요성이 있다.
폴리인산키나제2 (PPK2)는 폴리인산으로부터 인산기를 ADP로 이동시킴으로써 ATP를 재생시킬 수 있는 효소이다. 폴리인산은 낮은 가격과 높은 안정성을 갖고 있어, PPK2를 이용한 ATP 재생 시스템은 ATP의 직접적인 사용을 줄일 수 있는 유망한 전략 중 하나이다. 본 연구에서는 GMAS를 통한 L-테아닌 생전환 공정에 PPK2 ATP 재생 시스템을 도입함으로써 L-테아닌 합성 중 필요한 ATP를 재생 시스템으로부터 공급 받을 수 있는 시스템을 구축하였다. 또한 효소의 재사용성 향상, 재사용시 촉매와 반응 용액의 쉬운 분리를 위해 고정화 전략을 도입하였다. 알지네이트 구형체로 고정화된 전세포를 생전환 반응에 이용하여 15 mM의 ATP만을 사용하여 L-테아닌 239 mM (41.6 g/L)를 전환율 79.7%로 생산할 수 있었다. 또한, 고정화 후 재사용성이 향상되어 초기 비율과 비교하여 다섯 번째 사이클까지 100%의 상대적 전환율을 유지할 수 있었다. 더욱이, 장기간 보관이 용이하여 초기 변환율과 비교하여 35일 후에도 71%의 상대적 변환율을 유지할 수 있었다.
본 연구는 L-테아닌의 생합성 과정 중 ATP를 재생하는 시스템을 도입하고 고정화를 통해 효소의 재사용성을 높임으로써 생전환 과정의 효율성을 높이는 것에 대한 연구이다.