가장 풍부한 포도당을 바이오연료로 바꾸는 고성능 미생물 공장 나온다

2019.06.19 15:50
이상엽 특훈교수. KAIST 제공.
이상엽 특훈교수. KAIST 제공.

이상엽 KAIST 특훈교수 연구팀이 비식용 바이오매스를 활용해 최고 성능의 지방산과 지방산 유도체로 전환하는 미생물 균주와 발효 공정을 개발했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 케미컬 바이올로지’ 6월 17일자 온라인판에 게재됐다. 

 

이상엽 교수 연구팀은 언젠가는 고갈될 화석연료를 대체하는 바이오 기반 재생에너지를 연구해왔다. 이번 연구를 통해 폐목재, 잡초 등 지구에서 가장 풍부한 바이오매스 주성분인 포도당에서 지방산 및 바이오 디젤로 이용할 수 있는 지방산 유도체를 생산하는 균주를 개발했다. 

 

연구팀은 자연적으로 세포 내 기름을 축적하는 것으로 알려진 미생물인 ‘로도코커스’를 시스템 대사공학을 활용, 대사 회로를 체계적으로 조작해 최고 성능의 지방산 및 바이오 디젤 생산 균주를 개발했다. 

 

우선 로도코커스의 배양 조건을 최적화하고 포도당을 섭취시켜 세포 내 과량의 기름 ‘트리아실글리세롤’을 축적하도록 만들었다. 이어 선별한 외부 효소를 도입해 효과적으로 기름을 지방산으로 전환해 최고 농도의 지방산 생산 균주를 개발했다. 

 

연구팀은 또 지방산을 두가지 형태의 바이오 디젤 연료 물질로 전환하는 추가 유전자 조작을 통해 바이오 디젤을 최고 성능으로 생산하는 데 성공했다. 

 

이 교수 연구팀은 이전에도 대장균을 이용해 바이오 연료인 휘발유를 생산하는 미생물을 세계 최초로 개발한 적 있다. 국제학술지 네이처 표지논문에 게재된 이 기술은 대사설계에 중심을 두다 보니 생산 농도가 리터당 약 0.58g에 그쳤다. 연구팀은 이번에 이를 극복하기 위해 로도코서스 균주를 활용해 포도당으로부터 리터당 50.2g의 지방산 및 리터당 21.3g의 바이오 디젤 생산에 성공했다. 

 

이상엽 특훈교수는 “이번에 개발한 기술은 화석원료나 식물, 동물성 기름을 원료로 쓰지 않고 지구상에 가장 풍부한 리그노셀룰로즈를 원료로 고효율 지방산과 바이오 디젤을 생산하는 기술”이라며 “원유, 가스 등 화석연료에 의존해온 기존 석유화학 산업에서 벗어나 환경친화적인 바이오 기반 산업으로 재편하는 데 큰 역할을 할 것”이라고 밝혔다. 

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