한국과학기술원(KAIST)이 시뮬레이션을 통해 선정한 5종의 미생물을 토대로 바이오 연료, 플라스틱의 원료가 되는 235종의 유용 화학물질을 생산했다고 발표했다. 산업용 미생물 세포공장의 생산 능력을 종합적으로 평가하고 특정 화학물질 생산에 가장 적합한 균주 선정 및 최적의 대사공학 전략을 제시한 것이다.
이상엽 KAIST 생명화학공학과 특훈교수 연구팀은 미생물 세포공장의 생산 능력을 평가해 대장균, 효모, 고초균, 코리네박테리움 글루타미쿰, 슈도모나스 푸티다 등 5종의 대표적인 산업 미생물을 선정했다.
미생물 세포 공장은 세포 유전자를 조작해 대량의 화합물을 만드는 미생물 기반 생산시스템으로 미생물을 개량해 유전자 발현을 증폭·억제함으로써 유용한 화합물을 생산할 수 있다. 이는 전통적인 화석연료 기반 화학물질 생산을 대체할 친환경적이고 지속 가능한 기술로 주목받고 있다. 다만 세포 공장에 활용할 균주 선정이 쉽지 않은 데다 대사 경로가 복잡해 효율을 높이기 어려운 한계가 있었다.
연구팀은 유전체 수준의 대사 모델을 이용한 컴퓨터 시뮬레이션 기법을 이용해 미생물의 최대 이론 수율과 실제 공정에서 가능한 최대 수율을 계산해 각 화학물질 생산에 최적화된 5종의 균주를 선정했다. 각 미생물의 화학물질 생산능력을 235가지 유용 물질을 대상으로 평가도 진행했다.
이상엽 교수는 “방대한 생물 실험과 정교한 검증 과정을 거칠 필요가 없어 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있다”며 “바이오 연료, 바이오플라스틱 등 다양한 친환경 화학물질 생산 기술 개발에 기여할 것”이라고 밝혔다.
김기배 KAIST 생물공정연구센터 박사가 참여한 이번 연구 성과는 지난달 24일자 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications)에 실렸다.
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