C5 중간체 중 하나인 5-하이드록시발레르산 (5-HV)은 폴리하이드록시알카노에이트 단량체, δ-발레로락톤, 1,5-펜탄디올 (1,5-PDO) 및 다른 여러 물질들의 합성에 사용되는 유용한 물질이다. 전 세계적인 환경 문제로 인하여 다양한 플랫폼 케미컬들과 핵심 중간체들의 친환경적인 바이오 기반 생합성법이 사회적으로 요구되고 있으나, 5-HV 생합성에 대한 선행 연구는 거의 이루어지지 않았다. 따라서 본 연구에서는 5-HV 생산을 위한 지속 가능한 바이오 공정을 확립하기 위해 4-아미노부티레이트 아미노트랜스퍼라제를 암호화하는 gabT 유전자와 알코올 탈수소효소를 암호화하는 yqhD 유전자를 도입하여 5-아미노발레르산 (5-AVA)으로부터 글루타레이트 세미알데히드를 통해 5-HV를 재조합 대장균 전세포 반응으로 생산하고자 하였다. 해당 시스템에서 고농도의 5-HV를 생산하기 위해서는 높은 환원력이 요구되므로 Bacillus subtilis 168 균주 유래의 글루코스 탈수소효소 (GDH)를 통해 NADPH 재생산 시스템을 도입하였다. GDH를 도입하고 여러가지 반응 조건들을 최적화하여 5-HV 전환율은 200mM의 5-AVA를 사용할 때 47%에서 82%로 증가하였다. 또한 GDH의 도입을 통해 2시간 만에 5-HV 전환율을 56% 달성하며 56 mM/h의 생산성을 보였고, 최종적으로 1M 5-AVA를 기질로 사용하여 24시간 동안 350mM의 5-HV를 생산하였으며, 14.6 mM/h의 생산성을 달성하였다. 5-HV 생산 전세포 시스템을 1,5-PDO 생산 경로까지 확장시켜 GDH를 도입하였으며, 이를 통해 1,5-PDO 생산량을 5배 증대시킬 수 있었다. GabT는 보조인자로 알파케토글루타르산(αKG)를 필요로 하는데, 값비싼 보조인자의 사용을 최소화하고자 Streptomyces sp. X119-6 유래의 글루타메이트 산화효소 (GOX)를 도입하여 GabT에 의해 생성된 글루타메이트를 다시 αKG로 전환시키고자 하였다. GOX의 반응 과정 중 과산화수소가 다량 생성되는데, 이는 αKG를 숙신산으로 분해하기 때문에 해당 반응을 최소화하고자 카탈레이스인 KatE를 도입하여 과산화수소의 누적을 최소화하였다. 결과적으로 αKG를 30mM만 첨가하고도 최대 110mM의 5-HV를 생산하는 데 성공하였으며 GOX와 KatE가 도입되지 않은 그룹보다 5-HV 생산량을 2배 증대시켰다. 본 연구를 통해 산업적으로 유망한 물질인 5-HV와 1,5-PDO의 재조합 기반 대장균을 통한 생합성법을 구축하였다. 또한 해당 생합성 경로를 기반으로 최종 산물들의 수율 증대를 위한 GDH 기반의 NADPH 재생산 시스템과 GOX와 KatE 기반의 αKG 재생산 시스템을 도입하여 적은 양의 NADPH와 αKG만으로도 고농도의 5-HV를 생산하는 데 성공하였다.