Perspectives of Microbial Polyhydroxyalkanoates as Eco-friendly Polymers = 환경친화적 고분자로서의 미생물 Polyhydroxyalkanoates에 대한 조망

국문 초록 (Abstract)

박테리아가 세포 내 저장물질로 축적하는 polyhydroxyalkanoates (PHAs)는 자연계의 미생물에 의해 CO_2와 H_2O로 완전히 분해될 수 있는 환경친화적 폴리에스터 고분자이다. PHAs는 페로몬, 비타민, 항생물질, 방향제 등을 포함하는 여러 가지 새로운 생리활성물질 합성의 전구물질로 사용될 수 있는 키랄성 (R)-hydroxyalkanoates를 구성단위로 가지고 있다. 최근 이 미생물 고분자는 생분해성과 생체친화성의 성질을 가지기 때문에 환경 및 바이오메디칼 분야에서 이용되고 있는 합성고분자를 대체할 수 있는 소재로 크게 주목받고 있다. 지금까지 특정 화학구조를 가지고 있는 다양한 화합물을 기질로 사용함으로써 150여 종류의 (R)-hydroxyalkanoates가 PHAs의 구성다위로 생합성될 수 있음이 보고 되고 있다. 이와 같은 미생물 PHAs의 다양성은 (R)-hydroxyalkanoyl-CoAs의 중합반응을 촉매하는 PHA synthases의 광범위한 기질특이성에 기인하지만, 특정 기질을 이용하여 PHA를 생합성할 수 있는 능력은 미생물에 따라 다르다. 또한 비교적 자연계에 존재하는 미생물에 의해 쉽게 분해될 수 있는 지방족 PHAs와는 달리 방향족 화학구조를 갖고 있는 PHAs의 경우에는 분해가 쉽지 않다. 지금까지 세균 및 진균으로부터 PHAs의 분해에 관여하는 80여 종 이상의 PHA depolymerases가 분리정제되고 그 특성이 규명되고 있다. 본 종설에서는 미생물 PHAs의 생합성, 생분해 및 응용과 관련된 최근의 연구결과들을 보고하고자 한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Bacterial polyhydroxyalkanoates (PHAs) are eco-friendly polyesters which can be completely degraded to CO_2 and H_2O by microbial actions in nature. PHAs consist of chiral (R)-hydroxyalkanoates as constituents, which can be used as precursors for the synthesis of low-molecular-weight bioactive compounds such as pheromones, flavors, antibiotics, vitamins, and aromatic compounds. These polyesters are currently expected to replace many synthetic polymers in a variety of environmental and bio-medical fields due to their excellent biodegradability and biocompatibility. Up to now, approximately 150 of (R)-hydroxyalkanoates have been incorporated into PHAs by microorganisms grown with carbon substrates containing specific chemical structures. The diversity of biosynthetic PHAs is attributed to the broad substrate specificities of PHA synthases catalyzing a polymerization reaction of (R)-hydroxyalkanoyl-CoAs. However, the metabolic abilities of microorganisms to utilize given carbon substrates for growth and PHA biosynthesis are significantly different among PHA-synthesizing microorganisms. Most aliphatic PHAs are readily degraded by bacteria and fungi that are widely distributed in the ecosystem, while aromatic PHAs are generally more resistant to microbial attack. More than 80 PHA depolymerases from prokaryotic and eukaryotic microorganisms have been purified and characterized to date. This review reports recent advances in our knowledge of the biosynthesis, degradation, and application of bacterial polyester.