바이오 나일론 원료, 미생물 세포공장에서 만든다

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[아이뉴스24 최상국 기자] 한국화학연구원(원장 이영국)이 ‘바이오 아디프산(Adipic acid)’ 생산용 미생물 세포공장을 개발했다고 밝혔다.

아디프산은 나일론 섬유의 필수 중간 원료이자, 생분해성 플라스틱 원재료, 식품첨가제 등 다양한 용도로 활용되는 화학소재다. 대부분 나프타, 천연가스 등 화석연료로 생산되는데, 생산과정에서 온실효과를 유발하는 아산화질소(N2O)가 발생하기 때문에 친환경적인 대체 소재 개발이 필요하다.

지방산 유래산물로부터 바이오 아디프산 생산이 가능한 효모 균주. 지방산을 분해하는 대사 경로를 인공적으로 재설계, 최적화해 지방산 메틸 에스터로부터 바이오 아디프산을 생산할 수 있는 미생물 세포공장을 개발했다[사진=화학연]

화학연 백승호·노명현 박사 연구팀은 산업용 미생물로 활용되는 유질 효모(체내에 지방 또는 기름 축적 능력이 뛰어난 효모)를 활용해 환경 친화적이고 지속 가능한 바이오 아디프산 생산 기술을 개발하는 데 성공했다.

석유화학산업에서의 친환경 규제와 탄소배출 감소에 대한 요구가 커지면서, 탄소중립형 바이오화학원료로의 대체 필요성이 강조되고 있다. 현재까지 자연계에서 아디프산을 생산하는 미생물은 밝혀진 바 없기 때문에 아디프산 분해 대사경로를 활용하는 방법과 생물 전환 반응을 통해 생산하는 방법이 연구되고 있다. 하지만 현재까지 개발된 기술들은 인체 내 질병을 유발할 수 있는 병원성 미생물을 활용하거나 유전자 조작이 까다로운 점 등, 아직까지는 상용화를 위해 보완할 점이 많은 상황이다.

연구팀은 FDA 인정 식품첨가 안전 물질(GRAS)로 지정된 유질 효모인 ‘야로위아 리폴리티카’(Yarrowia lipolytica)를 미생물 세포공장으로 활용해 아디프산을 생산하는 기술을 세계 최초로 개발했다. 미생물 세포공장이란 유용한 물질을 생산하기 위해 미생물 세포를 공장처럼 활용하는 기술을 말한다.

연구팀은 합성생물학 기술을 기반으로 ➀지방산 유래 산물 분해 능력을 인공적으로 조절하고 ➁아디프산 생산량이 증가하도록 미생물의 특성을 재설계했다. 식물성 오일에 다량 함유된 지방산 유래 산물로부터 여러 단계를 거쳐 아디프산을 생산하는 과정을 유전자조작 등의 방법으로 최적화한 것이다.

연구진은 “완성된 미생물 세포공장은 미생물 배양 과정을 거쳐 지방산 유래 산물을 선택적으로 분해, 전환해 효율적으로 바이오 아디프산을 생산하는 환경친화적 기술”이라며 “석유화학 기반의 아디프산 대체를 위한 원천기술로써, 향후 아디프산이 주요 화학소재로 사용되는 의류, 생활, 산업용 응용 제품 영역에 널리 활용될 것으로 기대”했다.

다만 실용화를 위해서는 바이오 아디프산 대량생산을 위한 미생물 세포공장 최적화, 배양 공정 스케일업, 플랫폼 단량체로의 활용을 위한 고순도 분리·정제기술 개발이 필요하다고 덧붙였다.

이번 연구결과는 바이오매스 관련 권위 학술지인 ‘바이오리소스 테크놀로지(Bioresource Technology’ 1월호에 게재됐다.(논문명 : Engineering of Yarrowia lipolytica as a Platform Strain for Producing Adipic Acid from Renewable Resource)

연구팀 사진. (오른쪽부터 노명현 선임연구원, 백승호 선임연구원, 이상민 학생연구원, 박진성 인턴연구원) [사진=화학연]
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