최근 플라스틱 폐기물로 인한 환경 문제가 심각해지면서 다양한 고분자 및 고분자 단량체들의 친환경 생산에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중 폴리에스터 아마이드는 널리 사용되는 플라스틱인 폴리에스터(PET)와 폴리아마이드(나일론)의 장점을 모두 갖고있는 유망한 고분자로 주목받는다. 하지만 그간 폴리에스더 아마이드는 지구온난화와 같은 여러 가지 문제를 야기하는 석유 화학 기반의 생산법에 의존해 생산에 한계가 있었다.
카이스트의 이상엽 특훈 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 시스템 대사공학을 활용, 다양한 종류의 폴리에스터 아마이드를 생산하는 플랫폼 미생물 균주를 개발하는 연구를 수행했다.
우선 연구팀은 자연계에 존재하지 않던 신규 대사회로를 구축해 총 9종의 다른 폴리에스터 아마이드를 생산하는 플랫폼 미생물 균주를 개발했다. 또한 폐목재, 잡초 등 지구상에서 가장 풍부한 바이오매스의 주원료인 포도당을 단일 탄소원으로 사용해 대표적인 폴리에스터 아마이드인 폴리(3-하이드록시뷰티레이트-ran-3-아미노프로피오네이트)를 생산했다. 특히 생산과정에서 균주를 유가 배양식으로 발효해 54.57 g/L까지 효율을 높였다. 이같은 고효율은 추후 해당 기술이 상용화 될 때 다른 기술에 비해 유리한 장점을 갖는다.
나아가 KAIST 연구진은 한국화학연구원 정해민, 신지훈 연구원과 함께 바이오 기반 플라스틱의 물성을 분석한 결과, 기존의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 유사한 성질을 갖고 있다는 사실을 확인했다. 친환경적이면서도 기존 플라스틱을 대체할 수 있을 만큼 강도와 내구성이 뛰어나 현재 널리 사용되고 있는 고밀도 폴리에틸렌을 대체할 가능성도 높다.
이상엽 교수는 “이번 연구는 석유화학 산업 기반에 의존하지 않고도 폴리에스터 아마이드(플라스틱)을 재생가능한 바이오기반 화학산업을 통해 만들수 있는 가능성을 세계 최초로 제시한 것으로 앞으로 생산량과 생산성을 더욱 높이는 연구를 이어갈 계획”이라 말했다.
해당 연구 결과는 국제 학술지인 '네이쳐 케미컬 바이올로지(Nature Chemical Biology)'에 3월 17일자로 온라인 게재됐다.
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