스스로 실험하는 자동 세포 연구소 … 유전자 가위가 마법의 열쇠

서상우 서울대 교수
실험 설계·제작·시험까지
무인화시스템 구축이 관건

탄소중립이 거스를 수 없는 시대적 흐름으로 떠오르면서 석유화학 공정 기반 플라스틱 대신 바이오 공정 기반 친환경 플라스틱에 대한 수요가 늘고 있다. 한국 연구자들은 이 플라스틱을 더 저렴하게 생산하는 연구의 최전선을 이끌고 있다.

서상우 서울대 화학생물공학부 교수 연구팀은 플라스틱 생산 미생물 세포공장의 효율을 약 14배 높이는 데 성공했다는 연구결과를 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 지난해 7월 발표했다고 18일 밝혔다.

미생물 세포공장의 생산 효율은 유전자 조절을 통해 높일 수 있다. 유전자 조절은 생명 정보를 담은 유전자의 특정 염기서열을 효소를 통해 잘라내는 기술인 '유전자 가위'로 가능하다. 가장 일반적으로 사용되는 것이 '크리스퍼 유전자 가위'다.

연구팀은 크리스퍼 유전자 가위를 업그레이드했다. 서 교수는 "기존 크리스퍼 유전자 가위는 여러 유전자가 함께 발현되는 '오페론' 구조에서 모든 유전자의 발현을 한꺼번에 억제한다는 한계가 있었다"며 "새 유전자 가위는 오페론 내 각 유전자의 발현을 보다 독립적으로 조절한다"고 설명했다.

연구팀은 이 유전자 가위로 미생물 세포공장의 생산성을 높이는 데 성공했다. 생분해성 플라스틱의 핵심 원료인 '3-하이드록시프로피온산'의 생산성을 약 14배 증가시켰다. 서 교수는 "미생물 세포공장에서 유전자 발현을 정밀하게 조절한 덕분"이라고 말했다. 이 기술은 미생물 세포공장의 플라스틱 생산 효율을 크게 끌어올릴 것으로 기대된다. 시장조사 업체 그랜드뷰리서치에 따르면 세계 플라스틱 시장 규모는 2023년 기준 6248억달러(약 890조원)로 추산된다.

서 교수는 "이 중 바이오 공정 기반 플라스틱이 차지하는 비중은 2% 정도"라며 "탄소세 제도나 글로벌 플라스틱 같은 글로벌 규제 도입이 논의되기 시작했고, 바이오 플라스틱 생산 기술이 다양한 방식으로 발전하면서 오히려 바이오 플라스틱의 시장 점유율이 확대될 가능성이 무궁무진해졌다"고 진단했다.

미생물 세포공장 개량도 이어질 전망이다. 미생물 성능은 생산 농도와 속도, 효율 등 세 가지로 평가된다. 이 개념에 따르면 미생물이 이산화탄소를 더 빠르게, 높은 효율로, 더 많이 생산 전환시켜 플라스틱을 만들면 생산 단가가 낮아질 수 있다.

특히 자동화 시스템을 구축하는 데 전력을 다하고 있다. 서 교수는 "미생물 관련 설계와 제작, 시험, 학습 사이클을 하나의 순환 구조로 만드는 연구를 수행 중"이라며 "이런 과정을 자동화해 실험을 스스로 설계하고 수행하는 연구소를 만드는 것이 우리가 꿈꾸는 일이다. 그렇게 된다면 시간과 비용을 줄이고 온실가스로부터 경쟁력 있는 플라스틱을 생산할 수 있는 미래가 가능해질 것"이라고 전망했다.

[고재원 기자]