미생물을 공장처럼 활용해 연료나 플라스틱, 화장품 등의 원료를 효율적으로 생산하는 기술이 국내에서 개발됐다.
한국과학기술원(KAIST)은 이상엽 생명화학공학과 특훈교수 연구팀이 다양한 산업용 미생물 세포공장의 생산능력을 가상세포를 이용해 종합적으로 평가하고 특정 화학물질 생산에 가장 적합한 미생물 균주를 선정하는 데 성공했다고 8일 밝혔다. 연구성과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 지난달 24일 게재됐다.
미생물은 대사 활용을 통해 한 물질을 다른 물질로 바꿀 수 있다. 다양한 미생물 균주와 대사 경로 종류를 적절히 활용하면 이산화탄소로 핵심 원료를 만드는 식의 미생물 세포공장을 구현할 수 있다. 하지만 미생물 균주 수가 많고 대사 경로도 복잡해 비용 효율적으로 생산을 최적화하는 데는 어려움이 있는 상황이다.
연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 활용해 대장균, 효모, 고초균 등 5종의 미생물의 수율 등 생산 능력을 235가지 유용 물질을 대상으로 종합적으로 분석하고 이를 통해 물질별 최적의 대사 경로를 찾는 데 성공했다. 컴퓨터 시뮬레이션은 미생물 전체의 유전체 정보를 담아 대사 과정을 체계적으로 분석할 수 있게 돕는다.
연구팀은 이를 통해 기존 미생물의 선천적 대사능력을 초과하는 수율 향상이 가능함을 확인했다. 메발론산, 프로판올, 지방산, 아이소프레노이드와 같은 산업적으로 중요한 다양한 화학물질의 생산 수율을 높였다. 연구팀은 단순히 높은 이론적 수율뿐 아니라 실제 생산능을 극대화할 수 있는 구체적인 전략도 제시했다.
이 교수는 “시스템 대사공학 분야에서 미생물 균주 선정과 대사경로 설계 단계에서 어려움을 줄이고 보다 효율적인 미생물 세포공장 개발을 위한 핵심 참고자료가 될 것”이라며 “향후 바이오 연료, 바이오플라스틱, 기능성 식품 소재 등 다양한 친환경 화학물질 생산 기술 개발에 크게 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.
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