아미노산발효

요약 미생물을 이용해 인공적으로 글루탐산·리신 등의 아미노산을 생산하는 것이다. 이 방법으로 현재 라이신을 비롯한 대부분의 아미노산의 생산이 가능해졌다.

1956년 일본의 기노시타[木下祝郞] 등은 L-글루탐산을 직접 배지(培地)에 생성·축적하는 세균(Corynebacterium glutamicum)을 발견하여 글루탐산 발효의 공업화에 성공하였다. L-글루탐산은 화학조미료로서 그 전까지는 밀·콩 단백질의 염산에 의한 가수분해법으로 제조되었다. 글루탐산 발효의 발견은 단순히 화학조미료의 제조업을 크게 바꾸어 놓았다는 점만이 아니라 미생물에 의한 아미노산의 공업생산이 가능함을 처음으로 밝혀냈다. 그 결과 각종 아미노산발효의 연구가 활발해졌다는 점에서 학문적·산업적으로 공적이 매우 크다.

제조법
미생물을 이용한 아미노산의 제조법은 ① 야생주(野生株)에 의한 발효법(글루탐산·알라닌·발린), ② 영양요구변이주(變異株)에 의한 발효법(오르니틴·라이신·호모세린·다이아미노피멜산), ③ 아날로그 내성(耐性)변이주에 의한 발효법(라이신·트레오닌·글루타민·아르지닌·트립토판·히스티딘), ④ 전구체(前驅體) 첨가법에 의한 발효법(α-아미노뷰티르산 또는 D-트레오닌 → 아이소루신, 안트라닐산 → 설트립토판), ⑤ 효소법에 의한 아미노산의 생산(대장균의 아스파타아제에 의한 푸마르산에서 아스파트산, ε-아미노카프로락탐에서 그 라세미효소와 가수분해효소에 의하여 라이신으로, 히단토인나아제를 이용한 D-p-하이드록시페닐글리신 등의 생성)의 5종류로 나눈다.

처음에는 특정한 아미노산을 배지에 대량으로 생성축적하는 균을 야생주에서 검출하는 방법이 취해져 글루탐산 발효는 이 방법으로 성공하였다. 그러나 다른 아미노산에서는 대량 생산균이 얻어지지 않았다.

이것은 미생물에는 자신이 필요로 하는 양 이상의 아미노산의 생합성을 억제하는 대사제어(代謝制御) 메커니즘이 존재하기 때문이며 특정한 아미노산을 대량으로 생성·축적시키기 위해서는 이 대사제어 메커니즘을 해제할 필요가 있다. 그래서 자외선 조사(照射)나 나이트로소구아니딘 처리 등에 의하여 돌연변이주를 만드는 방법이 연구되었다.

생합성 경로의 중간에 위치하는 아미노산의 경우에는, 야생주에 적당한 영양요구성을 부여하여 다량의 아미노산을 축적하는 예가 많다. 그러나 생합성의 말단에 위치하는 아미노산이나, 분기(分岐) 경로에서 생합성되더라도 자신이 단독으로 제어인자(制御因子)로서 중요한 의미를 지니는 아미노산의 경우에는, 단순히 영양요구성을 부여해도 목적을 달성할 수가 없다.

이 경우에는 생합성 경로가 피드백(feedback) 조절에 비감수성(非感受性)이 된 조절변이주, 즉 아미노산 아날로그의 생장 저해에 내성(耐性)변이주 가운데서 적당한 균이 선택된다. 최근에는 영양요구성이나 아날로그 내성을 몇 단계씩이나 부여한 돌연변이주를 이용하여 생산성을 높이는 방법이 취해지고 있다. 이러한 발효를 대사제어발효라고 한다. 더욱이 형질 도입의 수법을 이용하여 아르지닌·히스티딘·우로칸산 생산균주를 육성하는 방법이나 유전자 조작법에 의해 트레오닌, 트립토판 생산균주를 얻은 바 있다.