글로벌 탄소 배출량 저감 요구로 바이오소재 개발이 이슈인 가운데, 국내 연구진이 유질 효모(체내 지방 축적 능력이 뛰어난 효모)로 주요 산업 원재료 생산 기술을 개발했다.
한국화학연구원(원장 이영국)은 백승호·노명현 박사팀이 산업용 미생물로 활용되는 유질 효모, 야로위아 리폴리티카를 활용한 '바이오 아디프산' 생산용 미생물 세포공장을 개발했다고 18일 밝혔다.
기반이 된 합성생물학 기술은 '12대 국가전략기술' 중 첨단바이오 분야 중점기술이다. 개발 기술은 향후 아디프산이 주요 화학소재로 사용되는 의류, 생활, 산업용 응용 제품 영역에 널리 활용될 전망이다.
아디프산은 나일론 섬유 필수 중간 원료이자 핵심 화학소재이다. 다만 생산 공정 상 발생하는 아산화질소가 온실효과를 유발해 친환경 바이오 아디프산 생산 기술 개발이 필수다. 현재까지 기술은 질병을 유발하는 병원성 미생물을 활용하거나 유전자 조작이 까다로워 상용화에 보완할 점이 많았다.
연구팀이 미생물 세포공장으로 활용한 야로위아 리폴리티카는 FDA 인정 식품첨가 안전 물질(GRAS)로 지정된 유질 효모다.
연구팀은 합성생물학 기술을 기반으로 지방산 유래 산물 분해 능력을 인공 조절하고, 아디프산 생산량이 증가하도록 미생물 특성을 재설계했다.
일반적인 유질 효모 지질 분해 과정은 카복실기(화학 작용기 일종)가 양 끝에 붙어있는 디카르복실산 형태로 변환되는 '오메가 산화기작' 이후, 분해경로를 통해 아세틸코에이 등 에너지원으로 전환되는 '베타 산화기작' 과정을 거친다.
연구팀은 식물성 오일에 다량 함유된 지방산 유래 산물을 디카르복실산으로 원활하게 전환하기 위해 필요한 유전자를 선별, 오메가 산화기작을 강화했다.
또 6번 반복 순환 과정으로 디카르복실산으로부터 에너지 생성과 생존에 필요한 아세틸 코에이를 생산했는데, 유전자 조작으로해 3번만 순환되도록 하고 나머지 디카르복실산은 아디프산을 생산할 수 있도록 유도하는 베타 산화기작을 최적화했다.
완성 미생물 세포공장은 지방산 유래 산물을 선택적으로 분해·전환해 효율적으로 바이오 아디프산을 생산하는 환경친화적 기술이다.
이영국 원장은 “이번 성과는 12대 국가전략기술 중 첨단바이오 분야 핵심인 합성생물학 기술로 확보된 바이오 아디프산 생산 맞춤형 미생물 세포공장 기술로, 향후 대한민국 바이오소재 생산 원천기술 확보에 기여할 수 있기를 희망한다”고 말했다.
이번 연구결과는 바이오리소스 테크놀로지 1월호 논문으로 게재됐다.
또 이번 연구는 한국화학연구원 기본사업과 과학기술정보통신부 석유대체 친환경 화학기술개발사업의 지원으로 수행했다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
