이상엽 카이스트 특훈교수(생명화학공학과·사진) 연구팀이 바이오매스를 짧은 길이의 일차 아민들로 전환하는 미생물 균주 개발에 성공했다.

석유화학산업은 화석원료를 이용해 우리 생활 전반에 광범위하게 이용되는 범용화학물질들을 생산해왔다. 그러나 환경문제가 심각해지면서 원유를 대체할 수 있는 지속 가능한 ‘바이오 리파이너리’의 구축이 시급한 상황이다.

‘바이오 리파이너리’란 화석원료가 아닌 바이오매스를 원료로 사용해 미생물로 산업적으로 유용한 화학물질들을 생산하는 기술이다. 이때, 미생물은 바이오매스를 유용한 화학물질로 전환하는 역할을 한다. 미생물의 복잡한 대사회로를 효과적으로 조작할 수 있게 설계하는 것이 바이오 리파이너리의 핵심기술 중 하나다.

시뮬레이션 통해 모든 경로 예측

이 교수 연구팀은 여러 가지 짧은 탄소 길이를 갖는 일차 아민들을 생산할 수 있는 대장균 균주 개발 연구를 수행했다. 

지금까지 일차 아민들을 생산하는 균주가 개발되지 못한 가장 큰 이유는 생합성 대사회로가 없었기 때문이다. 연구팀은 역 생합성 시뮬레이션을 통해 모든 가능한 대사경로들을 예측했다. 그 후 전구체 선택과정을 통해 가장 유망한 대사회로들을 선정했다.

선정된 신규 대사회로는 실제 실험을 통한 검증과정을 거쳤다. 그 결과 10가지 종류의 다른 짧은 길이의 일차 아민들을 생산하는 대장균 균주들을 개발하는 데 성공했다. 폐목재나 잡초와 같이 지구상에서 가장 풍부한 바이오매스를 재료로 사용한 결과 생산량이 증가한 것이 확인됐다.

이 교수는 “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 계획이다”라고 밝혔다. 

한편 이번 연구는 과기정통부가 지원하는 기후변화대응기술개발사업의 '바이오리파이너리를 위한 시스템대사공학 원천기술개발 과제'의 지원

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