KAIST "박테리아로 '무지개색' 친환경 섬유 생산…염색 공정 대체"

박테리아를 이용한 단일공정으로 무지개색 친환경 섬유를 생산할 수 있는 기술이 개발됐다. 이 기술은 석유 기반의 염색 공정을 대체할 잠재력을 가졌다는 평가를 받는다.

KAIST는 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 다양한 색상의 박테리아 셀룰로오스(색이 입혀진 미생물 섬유)를 단일 공정으로 생산하는 '모듈형 공배양 플랫폼'을 세계 최초로 개발했다고 19일 밝혔다.

(오른쪽부터 )KAIST이상엽 교수, 핑신 린(Pingxin Lin) 박사과정, 저우 헝루이(Zhou Hengrui) 박사과정. KAIST 제공

박테리아 셀룰로오스는 특정 박테리아(주로 콤마가타이박터 자일리누스)가 영양분을 소비하며 스스로 합성하는 천연 고분자 섬유다. 높은 순도와 강도, 우수한 보습력을 갖춘 데다 생분해성까지 갖춰 석유 기반의 섬유를 대체할 수 있는 친환경 소재로 주목받는다.

하지만 박테리아 셀룰로오스는 기본적으로 흰색에 가까워 섬유 산업에서 요구하는 다양한 색상을 구현하기 어려운 한계를 가졌다. 기존 염색 공정은 색을 구현하는 데 상대적으로 유리하지만, 석유 유래 염료와 독성 시약에 의존하는 탓에 환경오염 우려가 크고, 공정 역시 복잡한 문제가 뒤따른다.

연구팀은 이러한 문제들을 해결하기 위해 시스템 대사공학 기반의 색소 생합성 기술과 박테리아 셀룰로오스 생산균의 공배양 전략을 통합한 '원스텝 제조 플랫폼'을 구축했다. 공배양 전략은 한 미생물이 색소를 만들고 다른 미생물은 섬유(셀룰로오스)를 만든 후 하나의 공정 안에서 결합되는 것을 말한다.

색을 만드는 대장균과 섬유를 만드는 박테리아를 함께 키우고 박테리아가 자라면서 자연스럽게 색이 입혀진 섬유를 하나의 공정 안에서 만들어지게 한 것이다.

연구팀은 이 같은 방식으로 화학적 염색 없이 적색·주황·황색·녹색·청색·남색·자색 등 무지개색 섬유를 친환경적으로 생산하는 데 성공했다. 색소를 생산하는 대장균 균주를 고도 설계해 천연 색소를 과량 생산하고 세포 외부로 효율적으로 분비하도록 한 것이 핵심기술이다.

이번 기술은 기존 섬유 염색 공정을 대체할 잠재력을 가졌다. 특히 현장 공정에도 적용 가능한 대량 생산 가능성이 제시돼 의미를 더한다. 연구팀은 개발한 기술이 지속 가능한 섬유, 착용형 바이오소재 등 다양한 기능성 생체 소재를 생산하는 데 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

이 특훈교수는 "지속 가능한 섬유와 바이오소재 수요가 증가하는 추세임을 고려할 때 연구팀이 개발한 통합 생물 제조 플랫폼은 다양한 기능성 소재를 별도의 화학 처리 없이 단일단계에서 생산할 수 있는 핵심 기술로 자리매김할 것"이라고 말했다.

한편 이번 연구에는 생명화학공학과 주항서(Zhou Hengrui) 박사과정생이 제1 저자로 참여했다. 연구 성과(논문)는 지난 12일 'Trends in Biotechnology'에 게재됐다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr