제목

Pan-genomic and tranomic analyses of Leuconostoc mesenteroides provide insights into its genomic and metabolic features and roles in kimchi fermentation

(김치발효 유전자 지도 완성)

요약

본 연구는 김치의 발효특성을 구명하여 김치 발효 과정에 대한 전반적인 대사 경로를 밝히기 위해 김치에서 가장 많이 발견되는 유산균인 류코노스톡 메센테로이데스(Leuconostoc mesenteroides)의 유전자(범유전체, pan-genomic)와 RNA 유전자(메타전사체, metatranomic) 분석을 수행하였다.

김치 발효 대사 경로 분석 결과, 류코노스톡 메센테로이데스가 계속해서 변하는 발효환경에 적응하기 위해 유전자의 손실 또는 교환을 통한 진화론적 변화를 빈번하게 일으켰다는 것을 확인했다. 또한, 본 연구를 통해 류코노스톡 메센테로이데스가 발효를 거치면서 다양한 탄수화물로부터 젖산과 초산(신맛), 이산화탄소(톡쏘는 맛), 만니톨(시원한 단맛), 2,3-부타네디올, 다이아세틸, 아세토인(김치 발효 향) 등 다양한 대사산물을 생산한다는 사실을 밝혔을 뿐만 아니라 각각 대사산물 생산에 관여하는 유전자를 구명하였다.

발효 단계별로 유전자 발현량을 분석한 결과, 김치 발효 초기에는 세포의 성장에 관여하는 지방산, 핵산, 아미노산 등 1차 대사산물 관련 유전자의 발현이 높게 나타났으며, 발효가 진행될수록 산화적 인산화(oxidative phosphorylation), 글루탐산(glutamic acid) 등 2차 대사산물 생산 관련 유전자의 발현이 높게 나타나 김치의 향미를 증진시키는 것을 확인했다. 뿐만 아니라 김치의 주요 기능성 중 하나인 비타민 B2(리보플라빈, riboflavin)생산 유전자는 김치발효의 전 기간 동안 계속해서 발현하는 것을 확인하여, 김치의 비타민 생성에 대한 과학적 근거를 마련했다.