가톨릭대, 공기 중에서도 안정 작동하는 금속 생촉매 개발 '세계 최초'

UNIST·서울대와 공동 연구...금속 기반 생촉매 설계
CODH 구현, 산소 침투 이중 차단...공기 중 활성 유지
국제학술지 'Angewandte Chemie' 백커버 논문 선정

가톨릭대학교 성심교정 전경./사진제공=가톨릭대

가톨릭대학교는 최근 김석민 생명공학과 교수 연구팀이 김용환 울산과학기술원(UNIST) 교수, 이형호 서울대학교 교수 등과 함께 공기 중에서도 안정적으로 작동하는 금속 기반 생촉매를 세계 최초로 개발했다고 30일 밝혔다.

연구팀은 공기 중 산소 농도에서도 구조와 기능을 유지하는 일산화탄소 탈수소효소(Carbon Monoxide Dehydrogenase, CODH)를 구현했다. CODH의 기질 통로를 정밀 설계해 산소의 효소 내부 침투를 이중으로 차단하는 방식으로 산소 안정성을 확보했다는 설명이다.

아울러 X선 결정구조 분석을 통해 변이체 효소가 산소 농도 20%의 공기 환경에서도 24시간 이상 구조적 변형 없이 유지된다는 사실을 확인했으며, 전기화학 기반 실험에서도 산소 환경에서의 효소 활성도가 유지됐다. 안정성은 산소저해 농도(IC90) 기준, 기존 생촉매 대비 852배나 향상됐다.

이는 연구진이 2022년 'Nature Catalysis'에 발표한 산소 내성 생촉매(IC90 기준 49배 향상)를 크게 웃도는 성과다. 후속 연구의 중요한 진전으로 평가된다.

김 교수는 "이번에 개발한 기술은 수소생성효소, 이산화탄소 환원효소 등 산소에 민감한 다양한 메탈효소 안정화에도 적용 가능하다"며 "생물학적 수소 생산 및 온실가스 제거를 위한 혁신 기술로 확장할 계획"이라고 말했다.

한편 이번 연구는 과기정통부·한국연구재단 선도연구센터(ERC) 사업과 미세플라스틱 대응사업단(SMILE)의 지원을 받아 수행됐다.

연구 결과는 독일 와일리(Wiley)-VCH가 발간하는 국제학술지 'Angewandte Chemie International Edition'(IF=16.1, 상위 10%)에 표지(백커버) 논문으로 게재됐다.

김석민 가톨릭대 교수의 논문이 게재된 'Angewandte Chemie International Edition' 표지(왼쪽 사진)와 연구자료 이미지./사진제공=가톨릭대

권태혁 기자 taehkd@mt.co.kr