I-bio 전임 정규열 교수​

포스텍·스페인 CRAG 연구팀, 대장균 이용 이타콘산 대량 생산 기술 개발

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  ▲ UNIST에서 개발한 신규 인공효소를 이용해 대장균 내 이타콘산 신규 합성경로를 구축하는 과정/ UNIST

  한국·스페인 공동연구팀이 제철소에 발생하는 부생가스로 ‘친환경 바이오 플라스틱’을 만드는데 성공했다. 플라스틱 쓰레기 문제를 해결에 도움이 될 것으로 기대된다.

  정규열 포스텍 화학공학과 연구팀은 제철소 부생가스 발효산물과 대장균을 결합해, 바이오플라스틱 소재인 ‘이타콘산’의 대량 생산에 성공했다고 11일 밝혔다. 이번 연구는 스페인 농업유전체학연구소(CRAG)과의 공동 연구으로 진행했다.

  ‘바이오플라스틱’은 식물 성분 등 재생 가능한 원재료로 만들어지는 생분해성 플라스틱이다. 자연 내 미생물에 의해 분해되기 때문에 ‘썩는 플라스틱’이라는 별명으로도 불린다. 영구히 분해되지 않는 기존 플라스틱의 단점을 보완해 환경오염 문제의 해결책이 될 것으로 기대 받는다.

  이때 바이오플라스틱 제작에 필수 원료는 ‘이타콘산’이다. ‘막성 세포소기관’이라는 구조를 가진 곰팡이에서만 생산이 가능하다. 막성 세포소기관은 곰팡이 등 균류가 가지고 있는 특수 기능 기관으로 세포호흡, 광합성, 단백질 합성 등의 일을 한다. 곰팡이가 부생가스를 분해해 이타콘산을 만드는 작업도 막성 세포소기관에서 이뤄진다.

  하지만 곰팡이를 이용한 이타콘산 생산 작업은 복잡한 공정과 높은 생산 비용 때문에 대량 생산이 어렵다. 이에 저비용·대량 배양이 가능한 ‘대장균’을 이용한 이타콘산 생산 연구가 활발히 진행 중이지만, 대장균엔 막성 소세포기관이 없다. 때문에 대장균이 부생가스를 분해해 이타콘산을 생산하기 위해선, 이타콘산 합성 반응을 유도할 수 있는 추가적인 원료 공급이 필수다.

  연구팀은 이 작업의 효율을 높이기 위해 합성생물학 기술로 새로운 인공효소를 개발했다. ‘이타콘산 아코니트산 합성효소’라고 명명된 물질이다. 이 효소는 대장균이 새로운 이타콘산 생산 경로를 구축하도록 만든다. 연구팀은 이 방식으로 이타콘산을 생산한 결과, 기존 곰팡이를 사용한 생산 방식보다 최대 10.6배까지 생산 효율이 높음을 확인했다.

  정규열 교수는 “이번 연구로 제철소 부생가스 발효산물 등 여러 부산물로 이타콘산을 생산할 수 있는 핵심 원천 기술 개발에 성공했다”며 “바이오플라스틱 대량 생산의 길을 열어 탄소 중립 사회에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 9월 12일자로 게재됐다. 저널 편집자가 선정한 ‘영향력 있는 논문(Editors’ Highlights)’으로도 소개됐다. ​