미생물 기반 다양한 일차 아민 생산 기술
미생물 기반 다양한 일차 아민 생산 기술
  • 함예솔
  • 승인 2021.01.13 18:55
  • 조회수 308
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

KAIST 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 '비식용 바이오매스를 여러 가지 짧은 길이의 일차 아민들로 전환하는 미생물 균주 개발'에 성공했다고 밝혔습니다. 이번 연구결과는 국제적인 학술지인 '네이쳐 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 게재됐습니다.

 

지속가능한 바이오 리파이너리 구축 시급했다

 

석유화학산업은 화석원료를 이용해 우리 생활 전반에 광범위하게 이용되는 범용화학물질들을 생산해왔습니다. 그러나 원유 매장량 고갈에 대한 우려와 원유 산업으로부터 발생하는 지구 온난화 등의 환경문제가 전 세계적으로 매우 심각한 상황입니다. 특히 우리나라의 경우 석유를 전량 수입에 의존하기 때문에, 국제 유가 변동에 매우 취약한 실정입니다. 이에 환경문제를 해결하면서 원유를 대체할 수 있는 지속 가능한 바이오리파이너리의 구축이 시급히 요구되고 있습니다.

목질계 바이오매스를 원료로 미생물을 이용하여 바이오연료를 생산하는 개념도. 출처: KIST
목질계 바이오매스를 원료로 미생물을 이용하여 바이오연료를 생산하는 개념도. 출처: KIST

바이오 리파이너리란 화석원료가 아닌 비식용 바이오매스를 원료로 사용해 미생물로 산업적으로 유용한 화학물질들을 생산하는 기술입니다. 여기서 미생물은 원료인 바이오매스를 우리가 원하는 화학물질로 전환하는 세포 공장과 같은 역할을 합니다. 이러한 미생물의 복잡한 대사회로를 효과적으로 조작할 수 있게 하는 시스템 대사공학은 바이오 리파이너리에서 핵심기술 중 하나입니다.

 

지금껏 석유화학 공정을 통해서 합성되던 화학물질 중에는 미생물 시스템 대사공학을 통해서 바이오 기반으로 생산되는 사례가 점차 늘고 있지만, 아직 의약품 및 농약품들의 전구체로 널리 사용되는 짧은 탄소 길이를 가진 일차 아민들의 생산은 보고된 바가 없었습니다.이에 KAIST 이상엽 특훈교수 연구팀은 여러 가지 짧은 탄소 길이를 갖는 일차 아민들을 생산할 수 있는 대장균 균주 개발 연구를 수행했습니다.

 

역 생합성 시뮬레이션 통해 대장균 균주 개발 

총 12가지 짧은 탄소길이의 일차 아민 생산을 위해 구축된 생합성 경로. 출처: KAIST
총 12가지 짧은 탄소길이의 일차 아민 생산을 위해 구축된 생합성 경로. 출처: KAIST

지금까지 이러한 일차 아민들을 생산하는 균주들이 개발되지 못한 가장 큰 이유는 생합성 대사회로의 부재였습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 역 생합성 시뮬레이션을 통해 모든 가능한 대사경로들을 예측했습니다. 그 후 전구체 선택과정을 통해 가장 유망한 대사회로들을 선정했습니다.
 

  • 역 생합성 (retrobiosynthesis)

특정 화합물을 생합성할 수 있는 대사경로를 알아내기 위하여 화학적 변환 규칙을 이용해 실제로 이뤄지는 생합성 경로와 역방향으로 목표 화학구조에 도착할 수 있을 만한 전구체와 효소반응을 예측하는 일련의 과정을 의미합니다. 

이렇게 디자인된 신규 대사회로들을 실제 실험을 통해 검증했으며 이를 통해 10가지 종류의 다른 짧은 길이의 일차 아민들을 생산하는 대장균 균주들을 최초로 개발하는 데 성공했습니다. 또한 대표적인 일차 아민들을 선정해 폐목재, 잡초 등 지구상에서 가장 풍부한 바이오매스의 주원료인 포도당을 단일 탄소원으로 사용한 생산과 시스템 대사공학을 통한 생산량 증대를 보임으로써 바이오 기반 생산의 가능성을 보여줬습니다.

 

이번 연구에서 활용된 역 생합성과 전구체 선택과정을 같이 사용한 전략은 짧은 탄소 길이를 가진 일차 아민들 뿐만 아니라 다른 그룹의 여러 가지 화학물질들을 동시에 생산하는 대사회로들을 구축하는 데도 유용하게 쓰일 것으로 예상됩니다.

KAIST 생명화학공학과 이상엽 특훈교수. 출처: KAIST
KAIST 생명화학공학과 이상엽 특훈교수. 출처: KAIST

 

 

이상엽 특훈교수는 "이번 연구는 지금까지 석유화학 산업 기반으로만 생산할 수 있었던 짧은 탄소 길이를 가진 일차 아민들을 재생 가능한 바이오 기반 화학산업을 통해 생산할 가능성을 세계 최초로 제시한 점에 의의가 있다"며 "앞으로 더 많은 연구를 통해 생산량과 생산성을 증대시킬 계획"이라고 밝혔습니다.

 

 


##참고자료##

 


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.

  • 충청남도 보령시 큰오랏3길
  • 법인명 : 이웃집과학자 주식회사
  • 제호 : 이웃집과학자
  • 청소년보호책임자 : 정병진
  • 등록번호 : 보령 바 00002
  • 등록일 : 2016-02-12
  • 발행일 : 2016-02-12
  • 발행인 : 김정환
  • 편집인 : 정병진
  • 이웃집과학자 모든 콘텐츠(영상,기사, 사진)는 저작권법의 보호를 받은바, 무단 전재와 복사, 배포 등을 금합니다.
  • Copyright © 2016-2021 이웃집과학자. All rights reserved. mail to contact@scientist.town
ND소프트