나일론 핵심 원료, 미생물에서 얻는다…친환경 바이오 플랫폼 제시
세 가지 핵심 단량체를 하나의 플랫폼서 통합 생산 제시
미생물을 활용해 플라스틱 대표 소재인 나일론 핵심 원료를 생산할 수 있는 기술이 개발됐다. 석유화학 공정에 의존하던 나일론 원료를 바이오 기반으로 생산할 수 있는 가능성을 제시한 것이다.
KAIST는 이상엽 생명화학공학과 특훈교수 연구팀이 시스템 대사공학을 활용해 재생 가능한 탄소원인 ‘글리세롤’에서 나일론6과 나일론6,6의 핵심 단량체 3종을 생산할 수 있는 ‘대장균 기반 모듈형 플랫폼’을 확립했다고 31일 밝혔다.
나일론6과 나일론6,6은 의류와 자동차 부품, 전기·전자 소재 등 우리 생활 전반에 광범위하게 쓰이는 대표적인 나일론 소재다. 나일론 이름 뒤 숫자는 원료 분자에 포함된 탄소 개수를 의미한다.
하지만 나일론을 만드는 핵심 원료는 대부분 석유화학 공정으로 생산되며, 제조 과정에서 다량의 온실가스를 배출한다.
연구팀은 복잡한 생합성 경로 전체를 단일 균주로 구축하는 대신 생산 경로를 상류·하류 균주 두 개로 나누고, 서로 다른 역할을 하는 대장균이 이를 나눠 맡도록 설계했다.
상류 균주는 글리세롤로부터 공통 전구체인 ‘아디픽산’을 생산하고, 하류 균주는 이를 받아 ‘헥사메틸렌다이아민’ 또는 ‘엡실론 카프로락탐’으로 전환하도록 모듈형 공배양 시스템을 구축했다.
연구팀은 다양한 효소를 비교 검증해 최적의 조합을 적용해 생산 효율과 반응 효율을 높였다.
이 시스템을 통해 나일론 6,6의 핵심 원료인 아디픽산은 ℓ당 6.0g, 헥사메틸렌다이아민은 ℓ당 230.8㎎, 나일론6의 핵심 원료인 앱실론 카프로락탐은 ℓ당 808㎍을 생산하는 데 성공했다.
바이오디젤 생산 과정에서 나오는 친환경 바이오 부산물인 재생 가능한 탄소원 ‘글리세롤’에서 가장 높은 생산량을 기록한 것으로, 세 가지 핵심 단량체를 하나의 플랫폼에서 통합 생산할 수 있음을 보여줬다는 데 의미가 크다고 연구팀은 설명했다.
이상협 특훈교수는 “석유화학 공정에 의존하던 나일론 원료를 친환경 바이오 기반으로 생산할 수 있는 모듈형 미생물 플랫폼을 제시했다”며 “앞으로 AI 기반 효소 설계와 추가적인 시스템 대사공학을 접목해 생산성을 더욱 높이고, 다양한 바이오 기반 고분자 원료를 지속가능하게 생산할 수 있는 핵심 플랫폼으로 발전시켜 나가겠다”고 말했다.
연구결과는 국제 학술지 ‘미국국립과학원회보’(PNAS) 지난 4일자에 실렸다.
이준기 기자 bongchu@dt.co.kr
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