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미생물로 화학물질 만드는 모든 길 담은 '지도' 나왔다

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미생물로 화학물질 만드는 모든 길 담은 '지도' 나왔다

2019.01.15 15:17
 
이상엽 특훈교수. KAIST 제공.
이상엽 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 특훈교수. -KAIST 제공

국내 연구팀이 미생물로 화학물질을 합성하는 경로를 모두 담은 지도를 세계 최초로 집대성했다. 미생물로 화학물질을 만들고 싶은 연구자나 기업은 지도를 참고해 가장 빠른 길을 찾듯 이번에 완성된 지도를 보고 가장 짧은 경로를 찾기만 하면 된다.

 

이상엽 KAIST 생명화학공학과 특훈교수 연구진은 미생물로부터 화학제품을 생산하는 경로를 총정리한 바이오 기반 화학물질 합성 지도를 완성했다고 15일 밝혔다. 연구결과는 14일 국제학술지 ‘네이처 카탈리시스’ 표지논문으로 실렸다. 네이처 카탈리시스 측은 연구 결과를 높이 사 지도를 포스터로 제작해 관련 분야의 산업계와 연구계가 활용하도록 전 세계에 배포할 예정이다.

 

현재 판매되는 대부분의 화학제품은 석유에서 생산된다. 하지만 화학제품을 만드는 과정에서 기후변화의 주범으로 꼽히는 온실가스가 다량 배출된다. 연구자들은 친환경적인 방법으로 화학제품을 생산하려는 방법을 찾아 왔다. 대장균과 같은 미생물이 화학원료나 연료같은 화학제품을 생산하는 공정기술인 ‘바이오 리파이러니’는 가장 주목 받는 기술로 손꼽힌다. 

 

이 교수가 2005년 세계 최초로 개발한 ‘시스템 대사공학’은 바이오 리파이러니의 대표적 생물공학적 기법 중 하나다. 대사공학은 미생물의 유전자를 조작해 미생물이 가진 고유의 대사경로를 변형시켜, 원하는 물질의 생산을 극대화시키는 방법이다. 여기에 시스템생물학과, 합성생물학 및 진화공학 기법을 융합해 체계적으로 미생물 대사를 재설계해 화학물질의 대량생산을 가능하게 하는 게 시스템 대사공학이다.

 

이상엽 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 특훈교수 연구팀이 제작한 바이오 기반 화학물질 합성 지도. -과학기술정보통신부 제공

이 특훈교수 연구팀이 제작한 바이오 기반 화학물질 합성 지도. -과학기술정보통신부 제공

연구팀은 화학물질을 생산하는데 필요한 미생물과 화학반응에 대한 정보를 보기 쉽게 지도 형태로 만들었다.  시스템 대사공학같은 생물공학적 방법만 아니라 화학공정도 같이 활용해야 효율적인 경우가 많아 생물 반응과 화학 반응을 모두 담았다. 전체 반응에 대한 최적 합성 경로가 나타나 있어 관련 연구의 기초자료로 활용될 수 있다는 평이다.

 

지도를 보면 주요 산업 화학물질들이 어떤 경로를 통해 효율적으로 생산되는지 한눈에 파악할 수 있도록 했다. 연구에는 화학물질 생산에 관여하는 생물 및 화학 반응들에 대한 정보와 화학물질들에 대한 분석도 실렸다. 생물 및 화학반응을 통해 생산된 화학물질이 기록한 현재까지의 최고 생산농도, 수율, 생산성, 산업화 현황을 기록한 것이다. 연구팀은 기업이나 과학자들이 시스템 대사공학을 통해 생산할 화학물질을 결정하는 데 도움을 줄 것이라고 소개했따. 

 

이 교수는 “앞으로 시스템 대사공학이 나아가야 할 방향과 아이디어의 청사진을 제시했다는 점에서 의미가 있다”며 “향후 친환경 화학은 물론 의료나 식품, 화장품 분야 등 다양한 산업에 유용하게 활용될 것”이라고 말했다.

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