폐목재를 화학물질로 만드는 대장균 개발했다

KAIST 이상엽 교수팀, 미생물 균주 개발 성공
미생물 이용해 여러 화학물질 생산 가능케 해

효소반응을 통해 생산된 12가지의 짧은 탄소길이의 일차아민들. KAIST 이상엽 교수팀이 연구를 통해 새로 개발된 합성 대사회로는 점선 상자로 나타냈다. KAIST 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 석유화학 공정을 통해 얻을 수 있는 의약물질이나 농약물질을 대장균을 이용해 얻을 수 있는 기술을 세계 최초로 제시했다. 이 기술을 발전시켜 산업에 적용한다면 원유 매장량 고갈에 대한 우려와 원유 산업으로부터 발생하는 지구 온난화 등의 환경문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다.

한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 이상엽 특훈교수팀이 비식용 바이오매스를 산업에 쓰이는 여러 화학물질로 전환하는 미생물 균주 개발에 성공했다고 11일 밝혔다. 이 미생물 균주가 바이오매스에 포함된 포도당을 산업용 화학물질 바로 전 단계 물질인 '전구체', 즉 여러 가지 짧은 길이의 일차 아민들로 만들었다.

이상엽 교수팀은 실제 실험을 통해 10가지 종류의 일차 아민들을 생산했다. 이 교수는 "앞으로 더 많은 연구를 통해 생산량과 생산성을 증대시킬 계획이다"라고 밝혔다.

화석원료가 아닌 비식용 바이오매스를 원료로 사용해 미생물로 산업적으로 유용한 화학물질들을 생산하는 기술을 '바이오 리파이너리'라 한다. 이때 미생물은 원료인 바이오매스를 우리가 원하는 화학물질로 전환하는 세포 공장과 같은 역할을 한다. 이러한 미생물의 복잡한 반응, 즉 대사회로를 효과적으로 조작할 수 있게 하는 시스템 대사공학은 바이오 리파이너리에서 핵심기술 중 하나다.

아직 의약품 및 농약품들의 전구체로 널리 사용되는 짧은 탄소 길이를 가진 일차 아민들의 생산은 보고된 바가 없었다. 지금까지 일차 아민들을 생산하는 균주들이 개발되지 못한 가장 큰 이유는 생합성 대사회로의 부재였다.

연구진은 이 문제를 해결하기 위해 역 생합성 시뮬레이션을 통해 모든 가능한 대사경로들을 예측했다. 그 후 전구체 선택과정을 통해 가장 유망한 대사회로들을 선정했다.

연구진은 이렇게 디자인된 신규 대사회로들을 실제 실험을 통해 10가지 일차 아민들을 생산하는 대장균 균주들을 최초로 개발했다. 또 폐목재, 잡초 속 포도당을 사용한 생산과 시스템 대사공학을 통한 생산량 증대를 보임으로써 바이오 기반 생산의 가능성을 보여줬다.

이번 연구결과를 통해 여러 가지 화학물질들을 동시에 생산하는 대사회로들을 구축하는 데도 유용하게 쓰일 것으로 연구진은 예상했다.

이번 연구결과는 국제적 학술지인 '네이처 커뮤니케이션스'에 지난 8일(미국시간) 게재됐다.

monarch@fnnews.com 김만기 기자

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