미생물에 광나노입자 붙여 이산화탄소 화학물질로 바꾼다

화학적으로 합성된 CdS 광나노입자를 아세토젠 미생물 표면에 부착 KAIST 제공

빛 에너지를 이용해 일산화탄소나 이산화탄소를 유용한 화학물질로 바꾸는 미생물의 성능을 높이는 방법이 국내에서 개발됐다.

조병관 KAIST 생명과학과 교수 연구팀은 미생물에 에너지를 전달하는 고효율 광 나노입자를 제작해 미생물에 붙여 C1가스를 고부가가치 바이오 화학물질로 전환하는 기술을 개발했다고 9일 밝혔다.

C1가스는 이산화탄소나 일산화탄소처럼 분자에 탄소 원소 1개가 포함된 기체를 뜻한다. 기후변화를 일으키는 대표적인 온실가스로 이를 유용한 물질로 변환하는 기술이 연구돼왔다. 그중 하나가 미생물을 이용한 변환이다. C1가스를 화학 원료인 아세트산으로 전환하는 아세토젠 미생물을 활용하는 것이다. 이 미생물은 C1 가스를 전환하는데 필요한 에너지를 당이나 수소를 분해해 얻는데, 과학자들은 빛에너지를 흡수할 수 있는 광 나노입자를 미생물에 달아 당이나 수소 없이 C1가스를 분해하는 기술을 개발해 왔다.

연구팀은 광 나노입자의 구조와 크기를 조절하면 미생물에 전달하는 에너지 효율을 높일 수 있을 것으로 봤다. 광 나노입자는 구조와 크기에 따라 빛을 미생물이 흡수하는 전자 에너지로 전환하는 효율이 달라진다. 그러나 지금까지는 미생물이 광나노입자를 합성하는 형태를 활용해 와 구조와 크기를 제어하기 어려웠다.

연구팀은 광전도효율을 높인 황화카드뮴(CdS) 나노입자를 합성한 후 아세토젠 미생물 중 하나인 ‘클로스트리디움 오토에타노게놈’ 표면에 부착하는 데 성공했다. 표면에 나노입자를 바른 미생물은 빛에너지를 흡수해 C1가스를 아세트산으로 전환하는 효율이 기존 기술에 비해 6배 가량 높아졌다.

조 교수는 “C1 가스 고정과정에서 사용되는 당 또는 수소를 친환경 빛에너지로 대체할 수 있고 미생물 기반의 생합성 광 나노입자를 활용한 기존 인공광합성 시스템의 한계를 극복했다”며 “고효율 광 나노입자를 사용해 인공광합성 효율을 증대시킬 수 있고 광 나노입자로부터 생성된 전자를 효율적으로 수용할 수 있는 인공미생물 개발연구에 실마리를 제공했다”고 말했다.

진상락 KAIST 생명과학과 석박사통합과정생이 1저자로 참여한 이번 연구결과는 지난달 23일 국제학술지 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’에 실렸다.

[조승한 기자 shinjsh@donga.com]