현대 합성생물학은 DBTL(Design-Build-Test-Learn)의 4단계 주기로 단순화될 수 있습니다. 일반적으로 Build 단계에서 유전자 구축 및 효소 준비 시 목표 대사 경로에 사용되는 효소 후보가 많을수록 모든 조합에 대한 경우의 수만큼 유전자 구축이 필요하기 때문에 소요되는 시간과 노력이 매우 큽니다. 대장균의 세포파쇄액 기반 무세포 단백질 발현 시스템은 살아있는 세포 없이 세포파쇄액 내 발현 효소군과 추가 화학물질, 목표 DNA만을 이용하여 단백질을 빠르게 합성할 수 있는 기술입니다. 이러한 무세포 단백질 발현 시스템을 합성생물학에 적용하게 된다면 유전자 구축 및 효소 준비에 대한 시간을 획기적으로 단축할 수 있습니다.
라이코펜은 카로티노이드 그룹의 주요 전구체 중 하나이며 그 자체의 산화 성질로 인해 제약 및 영양 분야에서 높은 잠재력을 가지고 있습니다. 본 연구에서는 게라닐 피로인산(GPP)를 기질로 하여 4개의 효소를 사용하는 시험관 내 라이코펜 합성을 리포솜을 이용해 불용성 중간체 및 막단백질 효소의 한계를 극복하고 성공적으로 진행하였습니다. 이러한 조건에서 상동 효소 스크리닝을 통해 라이코펜 합성량이 기존의 조합보다 약 131 % 증가한 최적화된 효소 조합을 발굴하였고, 이 조합을 이용하여 포도당에서부터 라이코펜을 합성하는 경로로 확장하여 GPP 센서로 활용할 수 있었습니다.