미생물로 바이오매스에서 '화학원료' 뽑는다

역생합성 시뮬레이션으로
일차 아민 생산하는 대장균 균주 개발
바이오 기반 기술로 최초 생산 성공

총 12가지 짧은 탄소길이의 일차 아민 생산을 위해 구축된 생합성 경로

[아시아경제 황준호 기자] 국내 연구진이 폐목재 등 비식용 바이오매스에서 일차 아민을 생산하는 미생물 균주를 개발했다. 화학연료를 사용하지 않고 원하는 화학원료를 뽑아낼 수 있는 기술을 확보하는데 기여할 기술이 될 것으로 예상된다.

이상엽 한국과학기술원 생명화학공학과 특훈교수의 연구팀은 비식용 바이오매스를 여러 가지 짧은 길이의 일차 아민들로 전환하는 미생물 균주를 개발해, 연구 성과가 국제 학술지인 네이쳐 커뮤니케이션스에 실렸다고 11일 밝혔다.

미생물로 일차 아민 생산한다

이상엽 KAIST 생명화학공학과 특훈교수

연구팀은 역 생합성 시뮬레이션을 통해 바이오매스에서 일차 아민을 생산하는 균주를 개발했다. 먼저 시뮬레이션을 통해 가능한 모든 대사경로를 예측해 전구체 선택 과정을 통한 대사회로를 정했다. 이렇게 선정한 대사회로를 실제 실험을 통해 검증했으며 10가지 종류의 다른 짧은 길이의 일차 아민을 생산하는 대장균을 최초로 개발했다. 특히 연구팀은 대표적인 일차 아민들을 선정해 바이오매스의 주원료인 포도당을 단일 탄소원으로 활용해 생산할 수 있다는 것을 입증하고 생산량 증대도 가능하다는 것을 확인했다. 그간 학계에서는 생합성 대사회로의 부재로 인해 화학원료로 활용되는 일차 아민을 생산하는 균주를 개발하지 못했다.

연구팀 측은 이번 연구에서 활용된 역 생합성과 전구체 선택과정을 같이 사용한 전략은 짧은 탄소 길이를 가진 일차 아민들 뿐만 아니라 다른 그룹의 여러 가지 화학물질들을 동시에 생산하는 대사회로들을 구축하는 데도 유용하게 쓰일 것으로 예상했다.

이상엽 특훈교수는 "이번 연구는 지금까지 석유화학 산업 기반으로만 생산할 수 있었던 짧은 탄소 길이를 가진 일차 아민들을 재생 가능한 바이오 기반 화학산업을 통해 생산할 가능성을 세계 최초로 제시한 점에 의의가 있다"며 "앞으로 더 많은 연구를 통해 생산량과 생산성을 증대시킬 계획"이라고 밝혔다.

미생물로 화학원료를 생산한다는 것

석유화학산업은 화석원료를 이용해 우리 생활 전반에 광범위하게 이용되는 범용화학물질들을 생산하는 산업이다. 그러나 원유 매장량 고갈에 대한 우려와 원유 산업으로부터 발생하는 지구 온난화 등의 환경문제가 세계적으로 매우 심각하다. 특히 우리나라의 경우 석유를 전량 수입에 의존한다. 이에 따라 원유를 대체할 수 있는 지속 가능한 바이오리파이너리의 구축이 시급히 요구되고 있다.

바이오 리파이너리란 화석원료가 아닌 비식용 바이오매스를 원료로 사용해 미생물로 산업적으로 유용한 화학물질들을 생산하는 기술이다. 여기서 미생물은 원료인 바이오매스를 우리가 원하는 화학물질로 전환하는 세포 공장과 같은 역할을 한다. 이러한 미생물의 복잡한 대사회로를 효과적으로 조작할 수 있게 하는 시스템 대사공학은 바이오 리파이너리에서 핵심기술 중 하나다.

지금껏 석유화학 공정을 통해서 합성되던 화학물질 중에는 미생물 시스템 대사공학을 통해서 바이오 기반으로 생산되는 사례가 점차 늘고 있지만, 아직 의약품 및 농약품들의 전구체로 널리 사용되는 짧은 탄소 길이를 가진 일차 아민들의 생산은 보고된 바가 없었다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr