생명연, 메탄을 친환경 소재화하는 합성생물학 기술 개발

합성생물학 고효율 편집기술을 구축하고 이를 메탄영양세균에 적용해 메탄을 유용 산물인 메발론산으로 전환하는 모식도
<합성생물학 고효율 편집기술을 구축하고 이를 메탄영양세균에 적용해 메탄을 유용 산물인 메발론산으로 전환하는 모식도>

우리 연구진이 지구온난화 주범 중 하나인 메탄을 고부가가치 소재로 바꿔주는 인공미생물을 개발했다.

한국생명공학연구원(원장 김장성)은 이승구 합성생물학연구소 박사팀이 합성생물학 기술을 이용해 메탄을 고부가가치 바이오화학 소재로 바꿔주는 유용 미생물 개량 기술 개발에 성공했다고 24일 밝혔다. 메탄 전환 유용 미생물 생산 기술을 확보함에 따라 향후 기후변화 대응과 소재 개발 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

메탄은 온실가스 중 하나로 이산화탄소보다 배출량은 적지만 온실효과는 더 강력한 기체로, 2021년 글로벌 메탄 서약 출범 이후 메탄가스를 저감할 수 있는 방안에 전 세계적인 관심이 높아지고 있다.

특히 단순히 메탄가스의 감축에 그치지 않고 메탄을 이용해 자원화나 소재화 등 연계 활용할 수 있는 기술에 대한 수요가 높아 메탄을 에너지원으로 사용하는 메탄영양세균이 주목받고 있다.

메탄영양세균은 메탄을 흡수해 메탄올(알코올)로 분해하는 미생물로, 이를 개량하면 메탄에서 메발론산과 같은 유용 화합물을 얻을 수 있다. 메발론산은 화장품, 의약품, 식품 및 합성수지 등 다양한 분야에서 널리 사용되는 고부가가치 바이오화학 소재다.

하지만 메탄영양세균 개량 기술은 아직 초기 단계로 개량된 균주를 얻기까지 수개월 이상의 많은 시간이 소요되고, 메발론산의 생산량이 수십 ㎎/L에 그치는 등 기술적 개선이 필요하다.

이에 연구팀은 미생물 구축 효율과 메발론산 생산성이 대폭 개선된 인공 메탄영양세균을 제작할 수 있는 합성생물학 기반의 개량 기술을 개발했다.

연구팀은 균주 내 세포들이 편차 없이 발현하는 시스템을 구축하고 크리스퍼 기반의 유전자 편집기술을 적용해 교정효율을 10배 이상 향상시켰다.

이로 인해 인공미생물 구축에 걸리는 시간이 기존 대비 2~3배가량 단축됐으며, 메발론산 생산량 또한 2.1g/L로 크게 증가하였다.

연구책임자인 이승구 박사는 “합성생물학 기술 개발을 통해 온실가스인 메탄을 효율적으로 활용할 수 있는 인공미생물을 구축하게 된 데 의미가 있다”며 “향후 탄소중립 대응과 관련하여 친환경 고부가가치 소재 생산 기술로써 연관 산업에서 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

공동교신저자인 이혜원 박사는 “메탄영양세균은 산업 미생물로 널리 이용되는 대장균 등에 비해 생장 속도가 느리고 균주 개량이 어려워 그동안 활용이 제한적이었다”며 “이번에 개발한 메탄영양세균 개량 기술이 산업적으로 유용한 미생물에 대한 합성생물학 기반의 균주 개량 연구 활성화에 초석이 되길 기대한다“고 밝혔다.

이번 연구는 화공생명공학 분야의 세계적인 저널인 케미컬 엔지니어링 저널 10월 21일자 온라인판에 게재됐다.

과기정통부 C1가스리파이너리사업과 차세대바이오유망범융기술연구지원사업, 생명연 주요사업의 지원으로 수행됐다.

김영준기자 kyj85@etnews.com