▲ 이상엽 교수.

나무찌꺼기나 잡초 등 풍부한 비식용 바이오매스를 이용해 가솔린, 디젤과 같은 바이오연료, 플라스틱과 같은 기존 석유화학 제품을 생산할 수 있는 길이 열렸다.

미래창조과학부(장관 최문기)가 최근 국내 연구진이 세계 최초로 대사공학적으로 개발된 미생물을 이용하여 바이오매스로부터 가솔린(휘발유)을 생산하는 원천기술을 개발했다고 30일 밝혔다.

이번 연구는 미래부 글로벌프론티어사업의 차세대 바이오매스 연구단(양지원 단장)과 기후변화대응 기술개발사업의 지원으로 KAIST 이상엽 특훈 교수 연구팀이 진행했으며, 연구결과는 네이처(Nature) 9월30일(온라인판)에 게재됐다.

연구팀은 세포의 유전자를 조작해 원하는 형태의 화합물을 대량으로 생산하도록 하는 기술인 대사공학을 이용하여 크래킹(cracking) 없이 세계 최초로 미생물에서 직접 사용가능한 가솔린을 생산하는데 성공했다.

가솔린은 탄소수가 4∼12개로 이루어진 사슬모양의 탄화수소 화합물로 그 동안 미생물을 이용하여 ‘짧은 사슬길이의 Bio-Alkane(가솔린)’을 생산하는 방법은 개발되지 않았다.

따라서 기존 기술은 추가적인 크래킹(cracking) 과정을 거치지 않고는 가솔린으로 전환할 수 없어 비용과 시간이 많이 소요되는 한계가 있었다.

연구팀은 대사공학기술을 미생물에 적용해 지방산 합성을 저해하는 요소를 제거하고, 지방산의 길이를 원하는 목적에 맞게 조절할 수 있는 효소를 새롭게 발견했으며, 개량된 효소를 도입해 미생물에서 생산하기 어려운 길이가 짧은 길이의 지방산 생산에 성공했다.

또한 세포내에 생산된 짧은 길이의 지방산 유도체로부터 가솔린을 생산할 수 있는 추가 대사반응과 생물체 내에 존재하지 않는 식물 유래의 신규 효소를 포함하는 합성대사경로를 도입해 최종 대장균 생산균주를 개발했다. 이렇게 개발된 대장균을 배양해 배양액 1리터당 약 580mg의 가솔린을 생산하는데 성공했다.

개발된 기술은 바이오 연료, 생분해성 플라스틱 등과 같은 다양한 바이오 화합물을 생산할 수 있는 플랫폼 기술이 될 수 있을 것으로 전망되고 있다.

또한 이 기술을 활용하면 재생 가능한 바이오매스를 전환하여 바이오 연료, 계면활성제, 윤활유 등으로 이용할 수 있는 알코올(Fatty alcolols) 및 바이오 디젤(Fatty ester)도 생산이 가능하다는 점에서 기존의 석유기반 화학산업을 바이오기반 화학산업으로 대체하는 기반이 될 수 있을 것으로 기대된다.

이상엽 교수는 “비록 생산 효율은 아직 매우 낮지만 미생물을 대사공학적으로 개량해 가솔린을 처음으로 생산하게 돼 매우 의미있는 결과라고 생각하며, 향후 가솔린의 생산성과 수율을 높이는 연구를 계속할 예정”이라고 밝혔다.

▲ 대장균을 이용한 가솔린 생합성 대사경로.