한국생명공학연구원(원장 김장성) 연구진이 국제 공동연구로 바이오 연료를 보다 효율적으로 생산할 수 있는 플랫폼을 마련했다. 이를 활용해 바이오 연료 생산량을 약 2배 이상 증가시키는 성과도 거뒀다.
한국생명공학연구원은 신종혁 합성생물학연구센터 박사가 진용수·팅루 일리노이대 어바나-샴페인 캠퍼스(UIUC) 교수팀과 미생물 생태계에서 효모 균주 간 역할 분담을 최적화하는 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.
자연계 미생물은 군집을 이뤄 생태계를 구축하며, 그 안에서 역할 분담(DOL)과 상호작용으로 단독으로 있을 때보다 우수한 기능을 발휘한다. 단일 균주가 소비하기 어려운 탄소원을 소비하며 산업적 이용가치를 높이기도 한다.
미생물을 산업적으로 활용하는 합성 미생물 생태계를 구축하려면 자연계 미생물 생태계 모사 전략이 중요한데, 미생물 간 역할을 분담하고 상호작용을 할 수 있게 하는 체계적인 설계 방법이 아직 개발되지 않았다.
연구팀은 합성 미생물 생태계 내 균주 간 역할 분담을 최적화해 원하는 기능을 수행할 수 있는 합성 미생물 생태계 플랫폼을 개발했다.
나무와 같은 목질계 바이오매스에 풍부하게 존재하는 글루코스·자일로스를 각각 소비하는 전문 균주 9종을 제작하고, 이를 혼합해 미생물 생태계를 구축했다.
그리고 구성 균주 시작 농도를 바꿔 특정 당 소비 속도를 세밀하게 조절할 수 있고, 구성 균주 접종 시간을 조절해 에탄올에 저해되는 자일로스 발효 효율을 최적화하는 플랫폼을 구축했다.
효모 균주들이 서로 역할을 분담해 복합당을 보다 효율적으로 발효하는 모델도 개발했다. 자일로스가 먼저 발효되도록 바이오매스 발효 프로세스를 개선해 바이오 연료 생산량을 약 2배 이상 증가시켰다.
신종혁 박사는 “기존 미생물 생태계는 균주 간 역할 분담 조절 어려움으로 산업 응용이 어려웠다”며 “이번 연구는 미생물 생태계 산업 적용 가능성을 제시했고, 나아가 바이오매스로부터 단일 균주로는 생산이 어려운 고부가 화합물을 생산하는 혁신 플랫폼이 될 것”이라고 말했다.
이번 연구는 1월 26일 네이처 커뮤니케이션즈 온라인 판에 게재됐고 미국 에너지부와 생명연 주요사업 지원으로 수행됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
