메탄을 친환경 소재로 바꾼다
메탄을 친환경 소재로 바꾼다
  • 이웃집편집장
  • 승인 2022.11.26 21:24
  • 조회수 2258
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국내 연구진이 지구온난화의 주범 중 하나로 지목받는 메탄을 고부가가치 소재로 바꿔주는 인공미생물을 개발했습니다. 한국생명공학연구원 합성생물학연구소 이승구 박사팀은 합성생물학 기술을 이용하여 메탄을 고부가가치 바이오화학 소재로 바꿔주는 유용 미생물을 개량하는 기술 개발에 성공하였다고 밝혔는데요.

 

메탄을 소재로 전환하는 유용 미생물 생산 기술을 확보함에 따라 향후 기후변화 대응과 소재 개발 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대됩니다.

 

메탄은 온실효과의 주범

메탄은 이산화탄소에 이어 두 번째로 가장 많이 배출되고 온실효과가 높은 주요 온실가스입니다. 이산화탄소보다 배출량은 적지만 혼실효과에 끼치는 영향은 더 강력합니다. 기후변화 대응의 시급성이 강조되면서 2021년에 열린 COP26에서는 메탄 감축을 위한 '국제메탄서약(Global Methane Pledge)'이 출범했습니다. 이후 메탄가스를 저감할 수 있는 방안에 전 세계적인 관심이 늘어가는 상황입니다.

 

특히, 단순히 메탄가스의 감축에 그치지 않고 메탄을 이용해 자원화나 소재화 등 연계 활용할 수 있는 기술에 대한 수요가 높아 메탄을 에너지원으로 사용하는 메탄영양세균(methanotroph)이 주목받고 있습니다. 메탄영양세균은 메탄을 흡수하여 메탄올(알코올)로 분해하는 미생물로, 이를 개량하면 메탄에서 메발론산(Mevalonate)과 같은 유용 화합물을 얻을 수 있는데요. 메발론산은 화장품, 의약품, 식품 및 합성수지 등 다양한 분야에서 널리 사용되는 고부가가치 바이오화학 소재이기도 합니다.

메탄을 친환경 소재로 바꾸는 메탄영양세균 개발. 출처 : 한국생명공학연구원
메탄을 친환경 소재로 바꾸는 메탄영양세균 개발. 출처 : 한국생명공학연구원

하지만 메탄영양세균 개량 기술은 아직 초기 단계로 개량된 균주를 얻기까지 수개월 이상의 많은 시간이 소요됩니다. 그리고 메발론산의 생산량이 수십 ㎎/L에 그치는 등 기술적 개선이 절실합니다.

 

이에 연구팀은 미생물 구축 효율과 메발론산 생산성이 대폭 개선된 인공 메탄영양세균을 제작할 수 있는 합성생물학 기반의 개량 기술을 개발했습니다. 연구팀은 균주 내 세포들이 편차 없이 발현하는 시스템을 구축하고 크리스퍼 기반의 유전자 편집기술을 적용해 교정효율을 10배 이상 향상시켰습니다. 덕분에 인공미생물 구축에 걸리는 시간이 기존 대비 2~3배가량 단축할 수 있었고, 메발론산 생산량 또한 2.1g/L로 크게 증가했습니다.

합성생물학 고효율 편집기술을 구축하고 이를 메탄영양세균에 적용하여 환경오염물질인 온실가스 메탄을 전환하여 유용 산물 메발론산을 생산하는 모식도. 출처 : 한국생명공학연구원
합성생물학 고효율 편집기술을 구축하고 이를 메탄영양세균에 적용하여 환경오염물질인 온실가스 메탄을 전환하여 유용 산물 메발론산을 생산하는 모식도. 출처 : 한국생명공학연구원

연구책임자인 이승구 박사는 “합성생물학 기술 개발을 통해 온실가스인 메탄을 효율적으로 활용할 수 있는 인공미생물을 구축하게 된 데 의미가 있다”라며, “향후 탄소중립 대응과 관련하여 친환경 고부가가치 소재 생산 기술로써 연관 산업에서 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다”라고 밝혔습니다.

 

연구성과의 의미

연구책임자인 이승구 박사는 “합성생물학 기술 개발을 통해 온실가스인 메탄을 효율적으로 활용할 수 있는 인공미생물을 구축하게 된 데 의미가 있다”라고 밝혔습니다.

 

기존 메탄영양세균 기반으로 메탄으로부터 전환된 바이오화합물에 비해 괄목할만하게 높은 그램(g) 수준의 생산성을 확보하데에 큰 의미가 있습니다. 이는 온실가스인 메탄의 자원화를 통한 화장품 원료 등에 이용이 가능한 바이오화학 소재 물질을 생산한 것으로 환경친화적이고 지속가능한 산업 생산의 가능성을 보여줍니다. 향후 다양한 활용 가치를 가질 것으로 기대됩니다.

 

연구결과는 화공생명공학 분야 저널인 'Chemical Engineering Journal' 10월 21일자 온라인판에 게재됐습니다.

논문명 : A highly efficient and versatile genetic engineering toolkit for a methanotroph-based biorefinery

 

#용어설명

1. 메탄영양세균(Methanotroph)

메탄을 탄소원으로 하여 생장하고 에너지원으로 이용할 수 있는 미생물

2. 유전자가위 기반 편집기술(CRISPR-base editor)

최근 주목받는 유전자가위 기술로 DNA에 존재하는 시토신을 티민으로 편집할 수 있는 기술로서 유전자에 종결 코돈(stop codon)을 도입하여 단백질 번역(translation)을 차단하거나 단백질에 다양한 변이를 도입하여 유도 진화(directed evolution)를 가속화할 수 있는 기술이다. 

3. 메발론산(Mevalonate, β-hydroxy-β-methyl-δ-valerolate)

메발론산은 터펜과 스테로이드를 생성하는 생합성 경로의 전구물질로 화장품, 의약품, 식품 및 합성수지 등 다양한 분야에 널리 사용되는 생화학적으로 중요한 유기 화합물임. 현재까지 주로 대장균에 메발론산 대사 경로를 도입하여 당(glucose)으로부터 메발론산을 대량 생산하기 위한 연구가 주로 수행됨.


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