환경 문제 해결 생분해성 플라스틱, 미생물로 고효율 생산

KAIST

대장균으로 방향족 폴리에스터를 생산하는 과정. KAIST 제공

국내 연구팀이 미생물을 활용해 효율적으로 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)를 생산하는 기술을 개발해 환경오염 문제에 기여할 것으로 기대된다. PHA는 생분해성과 생체 적합성이 뛰어난 친환경 고분자다.

KAIST는 이상엽 생명화학공학과 특훈교수 연구팀이 PHA를 포함한 방향족 고분자 물질을 고효율로 생산할 수 있는 미생물 균주 개발에 성공하고 연구결과를 21일 국제학술지 '생물공학 동향'에 공개했다고 26일 밝혔다.

PHA는 식품 포장재나 의료용품 등에 사용되지만 지금까지 천연으로 합성된 PHA는 내구성과 열 안정성이 부족하고 생산성이 낮아 상업적 활용에 한계가 있었다. 

연구팀은 대장균 내에서 포도당으로부터 PHA를 포함한 방향족 폴리에스터의 기본 단위 물질인 페닐젖산(PhLA)이 생합성되는 회로의 대사 흐름을 강화했다. 방향족 폴리에스터는 벤젠 같은 특별한 탄소 고리 구조를 포함한 고분자다.

컴퓨터 시뮬레이션을 활용해 PHA 합성 효소의 3차원(3D) 입체 구조를 예측하고 이를 기반으로 효소를 개량했다. 단위 물질끼리 결합하는 과정에서는 분자 도킹·동역학 시뮬레이션을 이용해 효율적으로 중합되도록 했다.

연구팀은 발효 최적화를 거쳐 세계 최고 수준의 농도로 PhLA를 생산하는 데 성공하고 이를 30리터 규모로 확대해 방향족 폴리에스터를 만들며 산업화 가능성도 함께 보였다. 생산된 폴리에스터는 기존과 비교해 기계적·열적 물성이 개선됐고 약물 전달체 등으로 쓰일 수 있을 것으로 기대된다.

논문의 공동 제1저자인 이영준 KAIST 생명화학공학과 연구원은 "친환경적인 원료와 방법으로 미생물 기반의 방향족 폴리에스터를 세계 최고 농도로 생산했다는 점에 의의가 있다"고 말했다.

이상엽 특훈교수는 "시스템 대사공학을 이용해 유용한 고분자를 고효율로 생산한 이번 연구가 기후변화 문제, 특히 최근 플라스틱 문제 해결에 크게 기여할 수 있을 것"이라고 밝혔다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1016/j.tibtech.2024.06.001

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]