개발된 숙신산 생산 미생물의 대사 회로 및 숙신산 생산에 핵심적인 말산 탈수소효소의 효소 구조(KAIST 제공)© 뉴스1

국내 연구진이 플라스틱의 원료와 식품·의약품 합성에 사용되는 중요한 화학물질 숙신산을 대량으로 생산할 수 있는 기술을 개발했다.

KAIST(총장 신성철)는 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 경북대학교(총장 김상동) 김경진 교수 연구팀과 시스템 대사공학을 이용해 미생물 기반의 바이오 숙신산 대량생산을 가능하게 하는 세계 최고 효율의 숙신산 생산균주를 개발하는데 성공했다고 6일 밝혔다.

연구팀은 한우의 반추위에서 분리한 미생물 맨하이미아(Mannheimia)의 대사회로를 조작해 숙신산을 생산하는 연구를 지속해 왔다.

연구팀은 이번 연구 과정에서 숙신산 전환에 핵심역할을 하는 효소의 구조를 밝히는 한편 단백질공학을 통해 효소 성능을 개선했으며, 이를 전체 대사회로 최적화에 연계시키는 시스템 대사공학을 수행했다.

이를 통해 포도당, 글리세롤, 이산화탄소를 원료로 리터당 134g의 높은 농도로 숙신산을 생산하고, 경제와 가장 밀접하게 연관되는 생산성이 시간당·리터당 21g에 달하는 매우 효율적인 공정을 개발했다. 이는 세계 최고의 효율성을 지닌 숙신산 생산공정으로 평가받고 있다. 지금까지는 일반적으로 시간당·리터당 1~3g(그램)이 최고 수준이었다.

이번 연구는 기후변화 등 환경 문제의 주범으로 꼽히는 화석연료에 대한 의존성을 대폭 낮추고 주요 산업 기반 화학물질인 숙신산을 효과적으로 생산할 수 있는 근간을 제시했다.

이상엽 특훈교수(맨 우) 연구팀이 기념사진을 촬영하고 있다.(KAIST 제공)© 뉴스1

이상엽 특훈교수는 “개발한 미생물 기반 바이오 숙신산 대량생산 기술은 화학산업의 플랫폼 화학물질로 사용될 수 있는 숙신산을 보다 더 효율적으로 생산할 수 있기 때문에 환경친화적인 바이오화학산업으로의 전환에 기여할 것”이라고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 ‘C1 가스 리파이너리 사업’ 및 ‘바이오리파이너리를 위한 시스템대사공학 원천기술개발 과제’의 지원을 받아 수행됐다.

연구성과는 국제학술지‘네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)’ 온라인 판에 지난 4월 23일 게재됐다.