서울대 공대(학장 차국헌)는 화학생물공학부 서상우 교수팀(박사과정 박성우)이 포스텍 화학공학과 정규열 교수팀(임현규 박사, 곽동훈 석사, 박사과정 우성화)과의 공동 연구로 석유자원을 대체할 해조류 기반의 친환경 바이오연료 및 화합물 고속 생산 원천 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.
 
최근 화석연료 고갈 및 환경오염을 대비하기 위해 생물자원인 ‘바이오매스(Biomass)’를 원료로 하는 미생물 기반 화합물 생산 기술(Biorefinery, 바이오리파이너리)이 주목받고 있다. 하지만 실제 사용 가능한 바이오매스가 제한적일 뿐 아니라, 옥수수와 같은 곡물에서 탄소원을 추출해 원료로 소비하는 기존 공정으로는 연구에 한계가 있었다.
 
이에 공동 연구팀은 석유자원을 대체할 원료로서 다시마를 비롯한 해조류에 착안했다. 해조류는 육상식물에 비해 성장 속도가 빠르고 전 세계적으로 채취가 가능한 데 반해, 해조류에 포함된 알긴산과 같은 다당류를 쉽게 대사할 수 있는 산업용 미생물이 없어 공정 개발에 어려움을 겪어 왔다.
 
공동 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 알긴산이 포함된 해조류를 고속 대사할 수 있는 신종 미생물을 발굴하고, 최적화된 유전자 조작 기술 개발에 성공했다. 이를 토대로 미생물의 대사 경로를 인위적으로 조작해 해조류로부터 ▲에탄올(바이오연료) ▲2,3-부탄디올(플라스틱 원료) ▲라이코펜(생리활성물질) 등 다양한 화학제품을 직접적으로 생산하는 합성생물학 기반 인공 미생물 화학공장을 개발했다.
 
특히 공동 연구팀이 개발한 인공 미생물은 기존 산업용 미생물(대장균, 효모 등)과 비교해 다양한 바이오매스에 이용할 수 있다는 장점이 있다. 2배 이상 월등히 빠른 성장 속도와 바이오매스 전환 속도로, 해조류뿐 아니라 기존의 포도당을 이용한 미생물 발효 공정에서도 획기적으로 효율을 높여줄 것으로 기대를 모으고 있다.
 
연구팀은 “이번에 발견한 미생물은 해조류 유래 탄소원을 빠르게 대사할 수 있기 때문에 친환경적인 화학물질 생산에 활용할 수 있다”며, “이와 함께 빠른 속도로 원료를 고부가가치 화학제품으로 전환시킴으로써 전 세계에서 활발하게 연구 중인 미생물 발효 공정의 경제성과 효율성을 획기적으로 향상시킬 것”이라고 전했다.
 
해당 연구 결과는 6월 6일, 세계 최고 권위의 과학 전문지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 최신호를 통해 공개됐다.
 
한편 이 연구는 한국연구재단의 C1 가스리파이너리 사업, 글로벌 연구실 사업, 바이오·의료기술 개발 Korea Bio Grand Challenge 사업, 서울대 창의선도 신진연구자지원사업 등의 지원으로 수행됐다.
 
논문명 및 저자 정보
논문명: Vibrio sp. dhg as a platform for the biorefinery of brown macroalgae
게재지: Nature Communications(2019)
제1저자: 임현규, 곽동훈, 박성우, 우성화
교신저자: 정규열(포스텍), 서상우(서울대)