생명공학 (생물공학, Biotechnology)이란?
"Biotechnology is a field of applied biology that involves the use of living organisms and bioprocesses in engineering, technology, medicine and other fields requiring bioproducts." The United Nations Convention on Biological Diversity defines biotechnology as: "Any technological application that uses biological systems, living organisms, or derivatives thereof, to make or modify products or processes for specific use." -wikipedia.
흔히들 21세기는 생명공학 시대라 한다. 생명공학이란 순수과학인 생명과학에서 얻은 연구결과의 산업적 이용을 연구하는 학문이라 할 수 있다. 지구상에 인류의 출현 이후로 수렵채취시대, 유목시대, 농경시대, 산업시대, 정보시대를 거치는 동안 21세기의 가장 중요한 신성장동력으로서 생명공학을 꼽고 있다. 물리학과 화학의 연구결과를 응용한 것이 각각 기계공학과 화학공학이라 할 수 있고 생물학 및 생명과학의 연구결과를 산업적으로 응용하고자 하는 것이 바로 생명공학 또는 생물공학이라 할 수 있다. 전세계적으로 생명공학산업 즉 바이오산업의 중요성이 크게 증가함에 따라 우리나라에서도 94년-06년 제1차생명공학육성기본계획을 수립 시행하고 우수성과를 발굴한 바 있다(제1차 생명공학 육성 기본계획 (94-06) 우수성과 모음집 참조). 이후 07년-16년 제2차 생명공학육성 기본계획을 수립하였으며 매년 정부의 여러부처가 공동으로 생명공학 육성시행계획을 수립하여 시행하고 있다 (연도별 생명공학 육성시행계획 참조: 2007년, 2008년, 2009년, 2010년, 2010년 생명공학 육성시행계획 주요통계).
생명공학으로서의 미생물공학
생명공학은 그 대상에 따라 동물생명공학 (animal biotechnology), 식물생명공학 (plant biotechnology), 미생물공학 또는 미생물생명공학 (Microbial Biotechnology)으로 나눌 수 있다. 그 대상이 무엇이든 생명공학이 추구하고 있는 분야는 기능성 바이오 식품, 바이오 생물화학물질, 바이오 의약, 바이오 에너지, 바이오 환경 등을 들 수 있다. 따라서 미생물공학이란 미생물 세포를 이용하여 상기의 다양한 분야에 적합한 균주의 개량, 공정 개선, 산물의 제품화에 적용하고자 연구하는 학문이라 할 수 있다. 미생물공학은 그 범위가 매우 다양하나 (미생물공학의 분야 참조) 본 연구실에서 특히 관심을 가지고 연구하고 있는 분야는 다음과 같다.
1. 우리나라 주요 발효산업에 적합한 유용미생물의 탐색 및 개량
2. 발효미생물에 의한 생리 활성 물질 생산 및 발효식품에의 이용
3. 환경 스트레스에 대한 저항성 와인 및 전통주 효모의 분자생물학적 개량
4. 유용 미생물에 의한 기능성 발효식품 및 발효산물의 생산
5. 우리나라 전통적인 발효기술과 생명공학의 융복합 연구
식품미생물의 이용
식품에 존재하는 미생물(microorganism)과 이들의 효소(enzyme)들을 이용하여 산업적으로 각종의 발효식품, 발효산물 및 미생물 균체 들을 생산하고 있다.
1. 미생물에 의해 생산되는 발효식품으로는 전분질 원료를 발효하여 생산하는 포도주, 맥주, 청주, 약·탁주 등의 각종의 주류와 단백질 원료를 발효하여 생산하는 간장, 된장, 고추장 등의 장류와 젖류를 발효하여 생산하는 요구르트, 치즈, 버터 등의 발효 유제품 및 과실이나 희석한 주정을 발효하여 생산하는 식초, 생선과 조개류 등을 발효하여 생산하는 젖갈류 등이 있다.
2. 미생물에의해 생산되는 발효산물로는 식품 첨가제로 사용되는 젖산, 구연산, 말산 등의 각종 유기산과 글루탐산, 라이신, 트레오닌 등의 각종 아미노산과 다당류, 이성화당(HFCS, HFCS) 등의 당류 관련물질, 핵산계 조미료로 사용되는 이노신 산, 구아닐 산 등의 핵산관련물질 및 비타민, 호르몬, 단백질 등의 생리활성물질, 그리고 치즈의 제조에 사용되는 미생물 레니트, 아밀라아제, 프로테아제 등의 각종 효소를 들 수가 있다.
3. 미생물 균체의 생산으로는 단백질 급원으로서 미생물 단백, 미생물성 기름의 생산을 목적으로 하는 지방효모, 빵의 제조를 위한 빵효모 및 발효 유제품의 생산을 위한 젖산균 균체 등의 생산을 들 수 있다.
미생물을 이용하여 제조되는 주류의 세계시장 규모는 약 2,000조에 달하며 기타 발효제품의 세계 시장 규모는 약 80조원에 달하고 있다.
미생물생명공학의 분야
1. Medical and Food Microbiology
The aim of this module is to investigate the current trends in the understanding of infectious diseases and the problems of food safety, including pathogenesis, diagnosis, treatment and control. The module links information delivered in other modules in particular Microbial Physiology & Fermentation Technology and Trends in Microbial Biotechnology.
1) Pathogenicity of microbes; molecular basis of pathogenicity, microbial toxins, TSE, emerging pathogens
2) Diagnosis of infectious diseases; molecular diagnostic techniques in food and medical microbiology
3) Treatment of infectious diseases; problems of resistance to antimicrobial agents, new antimicrobial agents and their evaluation
4) Control of infectious diseases; HACCP, microbial risk assessment, probiotics, vaccines
2. Trends in Microbial Biotechnology
This module is an advanced study of microbial molecular biology and the production of microbial products for industrial and pharmaceutical use.
1) Microbial genetics; bacterial & viral genetics, horizontal gene transfer, application of genomic and proteomic research, bioinformatics
2) Industrial and pharmaceutical applications of micro-organisms; antibiotics, amino acids (etc), hormones, microbial pesticides.
3. Microbial Physiology and Fermentation Technology
Microbial growth kinetics, understanding the characteristics and stability of recombinant organisms, and the adaptation of micoorganisms to extreme environments. Detailed aspects of fermenter culture maintenance including mass transfer of oxygen in stirred and air-lift fermenters. The principles of process scale-up and the importance of bioremediation.
4. Enzyme Technology and Biocatalysis
Commercial application of enzymes; Enzyme purification and the theoretical background to enzyme activity in free, immobilised or whole cell preparations and in extreme environments such as at high temperature and in non-aqueous reactors. Bioreactor design, future industrial applications of biocatalysts, modification of enzymes as diagnostic tools and biosensors.