뭘 개발했나?
- KAIST 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 비식용 바이오매스을 최고 성능의 지방산과 지방산 유도체로 전환하는 미생물 균주와 발효 공정을 개발했습니다.
- 이 연구는 <Nature Chemical Biology>에 게재됐습니다.
연구 배경은?
- 한국은 석유를 전량 수입에 의존하기 때문에 국제 유가 변동에 매우 취약합니다.
- 환경 문제를 해결하고 원유를 대체할 수 있는 지속 가능한 바이오 기반 재생에너지의 생산이 필수적입니다.
- 경유를 대체할 수 있는 환경친화적 연료인 바이오 디젤은 주로 식물성 기름이나 동물성 지방의 에스터 교환(transesterification) 반응을 통해 만들어집니다.
어떻게 조사했나?
- 바이오 디젤 생산을 위해 폐목재, 잡초 등 지구상에서 가장 풍부한 바이오매스 주성분인 포도당으로부터 지방산 및 바이오 디젤로 이용할 수 있는 지방산 유도체를 생산하는 균주를 개발했습니다.
- 자연적으로 세포 내 기름을 축적하는 것으로 알려진 미생물인 로도코커스(Rhodococcus)를 시스템 대사공학을 통해 대사 회로를 체계적으로 조작했습니다.
- 그 결과 최고 성능으로 지방산 및 바이오 디젤을 생산하는 균주를 개발했습니다.
- 로도코커스의 배양 조건을 최적화한 뒤 포도당을 섭취해 세포 내 과량의 기름(트리아실글리세롤)을 축적하게 했습니다.
- 선별한 외부 효소를 도입해 기름을 지방산으로 전환해 최고 농도의 지방산 생산 균주를 개발했습니다.
- 지방산을 두가지 형태의 바이오 디젤 연료 물질로 효율을 전환하는 추가적인 유전자 조작을 통해 바이오 디젤을 최고성능으로 생산하는 데 성공했습니다.
특이한 점은?
- 연구팀은 이전에 대장균을 이용해 바이오 연료인 휘발유를 생산하는 미생물을 세계 최초로 개발한 바 있습니다. 그러나 해당 기술은 대사 설계에 중심을 뒀기 때문에 생산 농도가 리터당 약 0.58g으로 매우 낮다는 한계가 있었습니다.
- 이를 극복하기 위해 연구팀은 로도코커스 균주를 이용해 포도당으로부터 리터당 50.2g의 지방산 및 리터당 21.3g의 바이오 디젤 생산에 성공했습니다.
이 연구가 왜 중요할까?
- 이 연구 성과를 통해 향후 식물성ㆍ동물성 기름에 의존하지 않고 비식용 바이오매스로부터 미생물 기반 바이오 연료의 대량 생산까지 가능하게 할 것으로 기대됩니다.
"이번에 개발한 기술은 화석원료나 식물, 동물성 기름을 원료로 쓰지 않고 지구상에 가장 풍부한 리그노셀룰로즈를 원료로 하여 고효율의 지방산과 바이오 디젤을 생산하는 것이다. 앞으로 환경문제 해결과 더불어 원유, 가스 등 화석연료에 의존해온 기존 석유 화학 산업에서 지속할 수 있고 환경친화적인 바이오 기반 산업으로의 재편에 큰 역할을 할 것이다"
-이상엽 특훈교수-
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