미생물서 화학원료·연료 생산하는 경로 지도로 완성하다

[이데일리 이연호 기자] 과학기술정보통신부는 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 바이오매스인 미생물에서 화학제품을 생산하는 경로를 총 정리한 바이오 기반 화학물질 합성 지도를 개발·완성했다고 15일 밝혔다.

바이오 및 화학의 통합된 방법을 통해 생산할 수 있는 대표적인 산업 화학물질 및 이들의 합성경로. 미생물을 통해 생산된 화학물질 전구체를 화학적으로 추가로 전환하며 산업적으로 유용한 최종 목표 화학물질을 생산한 대표적인 예시들을 정리했다. 그림=KAIST.

연구팀은 화학물질을 생산하는데 필요한 바이오 및 화학 반응들에 대한 정보를 총 망라해 생명공학자들이 쉽게 활용할 수 있게끔 지도 형태로 정리하고 이에 대한 분석을 수행했다.

지금은 석유로부터 화학제품을 생산하는 과정에서 온실가스를 배출하기 때문에 지구온난화 등 글로벌 기후변화를 유발하고 있다. 이에 세계 각국은 친환경적 방법으로 화학제품을 생산하기 위해 미생물을 활용한 화학물질 생산기술 개발에 주력하고 있다.

미생물과 같은 바이오매스 원료에 생물공학적 또는 화학적 기술을 적용해 화학원료·연료 등 화학제품을 생산하는 공정을 ‘바이오 리파이너리(Bio-Refinery)’라고 한다.

바이오 리파이너리의 생물공학적 방법 중 ‘시스템 대사공학’만을 100% 적용해 화학물질을 생산하는 사례가 점차 늘고 있지만 생물공학적 방법과 화학반응의 통합공정이나 화학공정만을 활용하는 것이 더욱 효율적인 경우도 많다.

시스템 대사공학은 미생물의 복잡한 대사회로를 효과적으로 조작해 화학물질을 대량생산할 수 있는 핵심기술이다.

이번에 구축한 바이오 기반 화학물질 합성 지도는 화학물질 생산을 위한 생물공학적·화학적 반응 전체에 대해 최적의 합성 경로를 구축한 것으로 앞으로 바이오 기반 화학제품 생산 연구에 귀중한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 보인다.

특히 이번 연구의 중요성을 인정받아 네이처 카탈리시스는 바이오 기반 화학물질 합성 지도를 포스터로 제작해 관련 분야의 산업계, 연구계에서 활용할 수 있도록 전 세계에 배포할 계획이다.

이상엽 특훈교수는 “이번에 개발한 지도는 앞으로 시스템 대사공학이 나아가야 할 방향과 아이디어의 청사진을 제시해 준다는 점에서 의미가 있다”며 “이는 향후 친환경 화학은 물론 의료·식품·화장품 분야 등 다양한 산업에 매우 유용하게 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구는 과기정통부 ‘기후변화대응기술개발사업’의 ‘바이오 리파이너리를 위한 시스템대사공학 원천기술개발’ 과제 지원을 받아 수행됐다. 연구결과는 국제 학술지 네이처 카탈리시스(Nature Catalysis)에 표지논문으로 15일 게재됐다.