▲ 연구진이 반추위 유래 ‘Megasphaera hexanoica’ 균주의 탄소 사슬 연장 기작을 분자 수준에서 규명했다.

국내 연구진이 반추동물의 위(胃)에서 발견한 미생물이 발효하는 과정에서 발생되는 물질을 석유 기반 연료 및 소재로 활용할 수 있는 원리를 규명해 폐자원 활용 공정의 효율성을 높일 전망이다.   

한국세라믹기술원(원장 윤종석) 전병승 박사, 농림축산검역본부 김언정 선임연구원, 경북대학교 김경진 교수, 한양대학교 상병인 교수, 독일 튀빙겐대학교 Largus T. Angenent 교수로 구성된 국제 공동연구팀은 소(반추동물)의 위에서 발견한 미생물(Megasphaera hexanoica)이 만들어내는 중쇄 유기산을 석유계 연료로 전환시킬수 있는 원리를 밝혀냈다고 26일 밝혔다.

이 미생물은 기존의 다른 미생물과 달리 발레르산, 카프로산, 헵탄산, 옥탄산 등 탄소 사슬 길이가 5~8개인 ‘중쇄 유기산’을 매우 효율적으로 만들어낸다. 

이 중쇄 유기산은 석유 기반 연료로 전환될 수 있어, 앞으로 바이오 연료나 친환경 화학소재의 원료로 활용될 수 있다. 기존에는 이 같은 물질을 석유에서 추출하거나 화학적으로 합성했지만, 이번 연구로 미생물 발효만으로도 대체 가능성이 입증된 셈이다.

특히, 연구진은 이 미생물이 짧은 탄소 분자를 두 개씩 이어붙여 더 긴 탄소 사슬을 만드는 ‘역 β-산화(reverse β-oxidation)’ 대사 경로를 사용한다는 사실을 확인했다. 

다시 말해, 작은 레고 블록을 차례대로 연결해 더 큰 구조물을 만드는 원리와 비슷하다. 연구팀은 유전체·대사체·전사체를 모두 분석하는 오믹스 기법과 단백질 구조분석을 활용해 이 미생물의 특징을 정밀하게 규명했다. 

그 과정에서, 어떤 효소 내에서 특정 아미노산 위치가 생산되는 유기산의 길이를 결정한다는 사실을 밝혀냈고, 해당 위치를 바꾸면 생산되는 연료의 특성을 원하는 대로 조절할 수 있다는 점을 실험으로 확인했다.

연구팀은 더 나아가 이 효소의 아미노산을 암호화하는 DNA 염기서열을 ‘지문’처럼 활용하는 방법도 제시했다. 덕분에 음식물 쓰레기나 농업 부산물 같은 다양한 유기성 폐자원을 처리하는 과정에서, 석유와 유사한 연료를 잘 만들어내는 미생물을 빠르게 선별할 수 있게 된 것이다. 

이 기술은 향후 폐자원을 활용한 바이오 연료·화학소재 생산 공정을 한층 효율적으로 만들 수 있어 석유 의존도를 줄이고 지속 가능한 에너지·화학 소재 생산 체제가 한층 빨라질 것으로 전망된다.

이번 연구에 참여한 전병승 박사는 “반추동물의 위에서 자라는 미생물이 농업과 화학 산업에 동시에 기여할 수 있음을 보여준 사례”라고 설명했다. 

상병인 교수는 “산업적으로 중요한 중쇄 유기산을 바이오 기반으로 생산할 수 있는 가능성을 크게 넓혔다”며 “향후 화석연료 생산을 대체할 수 있는 친환경 해법으로 발전할 것”이라고 덧붙였다.

한편, 이번 연구 성과는 국제학술지 9월 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 게재됐으며, 상용화를 위한 후속 연구가 이어질 예정이다.