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온실가스 '메탄' 먹고 고부가가치 물질 만드는 미생물 비밀 규명

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온실가스 '메탄' 먹고 고부가가치 물질 만드는 미생물 비밀 규명

2019.11.21 18:34
메탄자화균의 대사 경로를 밝혀 산업균주로 활용할 가능성을 제시한 김동혁 UNIST 교수(왼쪽)과 박준영 연구원이 연구실에서 포즈를 취했다. UNIST 제공
메탄자화균의 대사 경로를 밝혀 산업균주로 활용할 가능성을 제시한 김동혁 UNIST 교수(왼쪽)과 박준영 연구원이 연구실에서 포즈를 취했다. UNIST 제공

국내 연구진이 온실가스의 일종인 메탄을 먹고 유용한 물질로 바꾸는 미생물의 대사 경로를 새롭게 밝혔다. 메탄을 제거하고 유용한 물질을 효율적으로 생산하는 방법을 개발하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.


울산과학기술원(UNIST)은 김동혁 에너지및화학공학부 교수팀 박준영 화학공학과 연구원, 이은열 경희대 교수팀이 메탄을 분해하는 ‘메탄자화균’의 일종인 ‘마이크로븀 알칼리필럼 20Z’의 대사 경로를 규명했다고 21일 밝혔다. 


마이크로븀 알칼리필럼 20Z는 메탄 등 탄화수소를 먹고 분해해 부탄디올 등 인류에게 유용한 물질을 만든다. 연구팀은 이 미생물의 ‘먹이’로 메탄을 줄 때와, 메탄을 산화시킨 알코올인 메탄올을 줄 때 대사 과정에 변화가 생긴다는 사실에 주목했다. 메탄을 먹이로 줄 때는 거의 나오지 않던 포름산이, 메탄올을 먹이로 줄 때엔 대량으로 생산됐던 것이다. 기존에는 메탄을 먹은 미생물이 메탄 산화효소를 이용해 메탄을 메탄올로 바꾼 뒤 분해해 유용 물질을 만든다고 봤는데, 이 이론으로는 포름산의 생산량이 늘어난 이유를 설명하기 힘들었다.


연구팀은 이런 현상이 나타나는 이유로 전체 에너지 대사 과정이 바뀌었을 것이라고 보고 세포 내부의 효소를 유전체(게놈, 세포가 지닌 DNA 총합) 컴퓨터 모델링 기술로 분석했다. 다양한 유전자와 관련 단백질의 상호작용 과정을 컴퓨터로 자세히 점검한 결과, 메탄과 메탄올을 각각 먹을 때의 전체 에너지 대사 과정이 완전히 달라진다는 사실을 밝혔다. 먹이가 변하면 메탄을 메탄올로 바꾸는 데 사용되는 조효소인 NADH의 양이 달라졌는데, 이에 따라 전체 에너지 대사와 탄소 대사가 변화했다는 뜻이다. 메탄올은 가격이 저렴하기 때문에 이를 통해 부가가치가 높은 물질을 생산하면 공정의 효율성이 높아진다. 연구팀은 이를 토대로 저렴한 메탄올을 이용하는 미생물 공정을 연구할 계획이다.


김 교수는 “메탄가스에 의한 환경 문제를 해결하는 데 기여할 것”이라며 “산업적으로 부가가치가 높은 물질을 생산하기 위한 기술을 개발하기 위해 후속 연구를 준비 중”이라고 말했다. 연구 결과는 대사공학 분야 국제학술지 ‘메타볼릭 엔지니어링’ 10월 15일자에 발표됐다.

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