석유화학산업 아닌 바이오 기반 기술로 최초 생산 성공
KAIST 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 비식용 바이오매스를 여러 가지 짧은 길이의 일차 아민들로 전환하는 미생물 균주 개발에 성공했다.
11일 KAIST는 연구팀의 이번 성과가 환경문제를 해결하면서 원유를 대체할 수 있는 지속가능한 '바이오파이너리' 구축에 기여할 것으로 내다봤다.
바이오 리파이너리는 화석원료가 아닌 비식용 바이오매스인 미생물을 원료로 산업적으로 유용한 화학물질을 생산하는 기술이다.
바이오매스는 화학물질로 전환하는 세포 공장의 역할을 하며 미생물의 복잡한 대사회로를 조작하는 '시스템 대사공학'은 바이오 리파이너리의 핵심기술이다.
연구팀은 여러 가지 짧은 탄소 길이를 갖는 일차 아민들을 생산할 수 있는 대장균 균주 개발 연구를 수행해 성공적인 결과를 냈다.
생합성 대사회로가 없어 일차 아민들을 생산하는 균주를 개발하지 못한 점을 해결하기 위해 역 생합성 시뮬레이션을 통해 모든 대사경로를 예측했고, 가장 유망한 대사회로들을 선정해 실제 실험을 거쳐 10가지 종류의 대장균 균주를 최초로 개발했다.
이번 성과는 지구상에서 가장 풍부한 바이오매스 주원료인 포도당을 단일 탄소원으로 사용한 생산과 시스템 대사공학을 통한 생산량 증대를 보임으로써 바이오 기반 생산의 가능성을 보여줬다는 평가다.
우리 생활 전반에 광범위하게 사용되는 화석연료와 석유화학산업으로 인해 발생하는 지구 온난화와 원유 매장량 고갈에 대한 우려를 해소하는 대체에너지로도 주목된다.
이상엽 특훈교수는 "이번 연구는 지금까지 석유화학 산업 기반으로만 생산할 수 있었던 짧은 탄소 길이를 가진 일차 아민들을 재생 가능한 바이오 기반 화학산업을 통해 생산할 가능성을 세계 최초로 제시한 점에 의의가 있다"며 "더 많은 연구를 통해 생산량과 생산성을 증대시켜 석유 수입 의존도가 높은 우리나라의 에너지 자립과 환경문제를 해결하는데 기여하겠다"고 말했다.
한편, 이번 연구는 과기정통부가 지원하는 기후변화대응기술개발사업의 '바이오리파이너리를 위한 시스템대사공학 원천기술개발 과제' 지원으로 수행됐고, KAIST 이상엽(교신저자), 김동인(공동 제1저자), 채동언(공동 제1저자), 김현욱(공동 제1저자), 장우대(제4저자) 연구팀이 참여했다. 연구결과는 국제적인 학술지인 '네이쳐 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 게재됐다.
