"대사공학, 기후 위기·식량 부족 문제 해결 구원투수될 것"

이상엽 KAIST 교수팀, 30년 대사공학 집대성

대사공학의 주요 발전을 표현한 타임라인

이상엽 KAIST 생명화학공학과 교수

"대사공학은 기후위기, 식량·에너지 안보 등 인류가 당면한 과제를 해결함으로써 '지속가능발전 목표(SDG)' 달성에 기여하는 바이오 분야의 핵심 기술이 될 것이다."

대사공학 창시자인 이상엽(사진) KAIST 특훈교수는 25일 지난 30년 간 연구해 온 대사공학을 집대성한 논문을 통해 이같이 밝혔다.

이 교수는 시스템 생물학과 재생 가능한 바이오매스로부터 화학물질을 효율적으로 생산하는 대사공학 분야의 세계적인 전문가다. 이 교수가 이끄는 연구팀은 대사공학이 발전해 온 30년 간의 역사와 지속 가능한 발전에 기여하는 방안을 분석한 연구결과를 국제 학술지 셀(Cell)지가 발행하는 '생명공학 동향' 40주년 특집호 온라인판에 실었다. 논문 제목은 '지속 가능성과 건강을 위한 대사공학'이다.

대사공학은 대사 물질의 생산경로를 조작해 원하는 대사 물질의 생산을 최적화하는 기술로, 1990년대 초반부터 본격적으로 연구되기 시작했다. 그동안 산업, 의료, 농업, 환경 등 대부분의 생명공학 분야에서 적용됐고, 특히 미생물 공학에 중점을 두고 연구가 이뤄졌다. 예를 들어, 다양한 발효식품과 알코올 음료 등이 미생물을 활용한 것으로, 미생물은 동식물에 비해 빠르게 자라 실험에 드는 시간과 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한 유전자변형생물(GMO)과 관련한 윤리, 안정성 문제에서 상대적으로 자유롭다.

대사공학을 통해 개발한 미생물은 재생 가능한 바이오매스로부터 바이오 연료, 바이오 플라스틱, 산업용 대량 화학물질, 화장품 성분, 의약품 등 수 백 가지의 화학물질 생산에 활용된다.

연구팀은 논문을 통해 대사공학의 출현부터 인공지능을 활용한 최신 기술의 도입까지 대사공학이 사회적·산업적·기술적 요구를 해결하기 위해 어떻게 발전해 왔는지를 정리했다. 지금껏 대사공학은 오염물질과 독성 화학물질의 분해 경로를 조작해 폐플라스틱, 살충제, 폐기된 항생제 등의 물질을 보다 높은 효율로 분해할 수 있는 미생물을 개량해 환경 보존, 인류 건강 등 UN이 발표한 지속가능발전목표 달성에 기여하고 있다.

논문은 또한 최근 대사공학 연구가 산업용 대량 화학물질과 바이오 연료, 천연물 등의 생산과 생물학적 정화에 어떻게 기여하는지, 나아가 지속가능한 바이오 기반의 화학 산업으로 자리매김하기 위한 대사공학의 문제점 등을 제시했다. 다만 대사공학은 대량 생산을 통한 산업화가 앞으로 풀어야 할 과제다.

논문 공동 제1저자인 김기배 KAIST 박사과정 연구원은 "기존 석유화학 공정 기반의 화학물질 생산으로 인한 기후위기와 화석연료 고갈 문제를 고려했을 때 대사공학을 이용한 화학물질의 지속 가능한 생산 연구는 더욱 중요해지고 있다"고 말했다.

이상엽 KAIST 특훈교수는 "대사공학이 지속가능발전 목표를 달성하고, 기후 위기와 환경오염, 헬스케어, 식량 부족 등의 문제 해결에 더욱 중요한 역할을 할 것"이라고 밝혔다.

이준기기자 bongchu@dt.co.kr