크랩트리 효과 (Crabtree effect)
쉽게 풀면
효모는 산소가 있으면 포도당을 완전히 산화시켜 많은 에너지를 얻는 것이 이론적으로 유리합니다. 그런데 배지에 포도당 농도가 높으면 산소가 충분한데도 상당 부분을 발효 경로로 돌려 에탄올을 만들어냅니다. 이 현상을 크랩트리 효과라고 부릅니다. 결과적으로 세포가 자라는 데 쓰이는 탄소가 줄어들고, 원하지 않는 에탄올이 쌓여 배양을 방해하게 됩니다.
왜 중요한가
효모를 이용한 재조합 단백질 생산이나 효모 균체 생산에서 이 현상은 수율을 떨어뜨리는 대표적인 걸림돌입니다. 그래서 포도당을 한꺼번에 넣지 않고 조금씩 공급하는 유가식 운전이 표준이 되었는데, 그 이론적 근거가 바로 크랩트리 효과입니다. 발효 공정에서 기질 공급 전략을 왜 그렇게 짜는지를 설명하는 핵심 개념입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
포도당을 천천히 넣어 발효 경로로 새는 탄소를 줄이고 세포 증식 쪽으로 대사를 유도했다는 설명입니다.
조금 더 깊게 보면
포도당 소비 속도가 어느 임계값을 넘으면 호흡 경로의 처리 용량이 포화되어 남는 탄소가 발효 경로로 흘러가는 것으로 설명됩니다. 이 임계값은 균주와 배양 조건에 따라 다르며, 연속 배양에서 희석률을 올려가며 에탄올이 나타나기 시작하는 지점으로 실험적으로 구할 수 있습니다. 세포가 굳이 효율이 낮은 경로를 쓰는 이유로는 빠른 성장 속도 확보, 경쟁 미생물 억제, 효소 합성 비용 절감 등이 제안되어 있습니다.
주의할 점
모든 효모가 같은 정도로 이 현상을 보이지는 않으며, 크랩트리 음성으로 분류되는 효모도 있습니다. 대장균에서 포도당이 많을 때 아세트산이 쌓이는 현상은 원리가 비슷하지만 별개의 이름으로 다뤄지므로 혼용하지 않는 것이 좋습니다.