화석 연료를 대체할 친환경 화학물질 생산 기술개발 필요성이 증가하는 가운데, 한국과학기술원(KAIST) 연구진이 시스템 대사공학을 활용해 플라스틱 원료 등으로 쓰이는 '숙신산' 생산성을 높이는 성과를 내놓았다.
KAIST는 생명화학공학과 김지연 박사과정생과 이종언 박사를 포함한 이상엽 특훈교수팀이 마그네슘 수송 시스템을 최적화해 고효율 숙신산 생산 균주를 개발했다고 11일 밝혔다.
연구팀은 한우 반추위에서 분리한 미생물 '맨하이미아' 대사회로를 조작하고, 마그네슘 수송 시스템을 최적화해 이같은 성과를 거뒀다.
미생물 발효 과정 중 다양한 알칼리성 중화제가 숙신산 생산에 미치는 영향을 파악하고, 최적화된 중화제를 선정했다. 또 살모넬라 엔테리카 균에서 유래한 고효율 마그네슘 수송체를 도입, 시스템을 최적화 했다.
그 결과 152.23g/ℓ 숙신산을 생산했으며, 최대 생산성은 시간당 39.64g/ℓ를 달성했다.
이는 기존 대비 약 두 배 향상된, 현재까지 보고된 세계 최고 숙신산 생산성 수치다. 연구팀은 계속해 세계 기록을 세우며 자체 기록을 경신 중이다. 생물학적 플랫폼을 통해 화학물질 생산을 극대화한 발전을 거듭하고 있다.
논문 공동 제1 저자인 김지연 박사과정생은 “마그네슘 수송 시스템을 최적화해 고농도 숙신산을 생산했다는 점에 의의가 있다”며 “이 기술이 향후 중요한 화학물질들을 생물학적으로 생산하는 미생물 균주 개발 전략으로 작용할 것으로 기대된다”고 밝혔다.
이상엽 특훈교수는 “이번 연구는 숙신산 생산의 새로운 표준을 제시했으며 생물 기반 화학물질의 경제성을 크게 높일 수 있는 잠재력을 가지고 있다”며 “지속 가능한 바이오화학 산업의 발전에도 크게 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.
해당 연구 결과는 국제 학술지 미국 국립과학원 회보(PNAS)에 지난 6일(현지시간) 게재됐다.
한편, 이번 연구는 과기정통부가 지원하는 석유대체 친환경 화학기술개발사업 '바이오화학산업 선도를 위한 차세대 바이오리파이너리 원천기술 개발' 과제 지원을 받아 수행됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
