KAIST, 산업용 미생물 세포공장 설계도 ‘완성’
[충청투데이 윤경식 기자] 기후위기, 화석연료 고갈로 지속가능한 화학물질 생산의 필요성이 높아진 가운데 국내 연구진이 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 화학물질 235종을 생산하는데 성공했다.
7일 KAIST에 따르면 이상엽 생명화학공학과 특훈교수 연구팀은 산업용 미생물 세포공장의 생산능력을 종합적으로 평가하고 특정 화학물질 생산에 가장 적합한 미생물 균주와 최적의 대사공학 전략을 제시했다.
미생물 세포공장은 친환경적인 화학물질 생산 플랫폼으로 각광받고 있으나 균주 선정, 대사경로 최적화 등의 문제로 실질적인 공정 적용에 어려움을 겪어왔다.
이에 연구진은 대장균, 효모, 고초균 등 산업 미생물 5종의 화학물질 생산능력을 235가지 유용물질을 대상으로 종합적으로 평가하고 최대 이론 수율과 실제 달성 가능한 최대 수율을 계산해 각 화학물질 생산에 가장 적합한 균주를 선정할 수 있는 기준을 마련했다.
특히 타 생물에서 유래한 효소 반응을 미생물에 도입하거나 보조인자를 교환해 대사경로를 확장하는 전략을 제안하고 이를 통해 선천적인 능력을 초과하는 수율 향상이 가능함을 확인했다.
또 가상세포 내 대사흐름 분석 기법을 사용해 각 화학물질의 생산 극대화에 필요한 균주 개량 전략을 제시하고 효소반응과 화학물질 생산, 대사물질 간의 관계를 정량적으로 분석해 상향 및 하향 조절해야 할 효소 반응을 도출했다.
이 교수는 “이번 연구는 시스템 대사공학 분야에서 미생물 균주 선정과 대사경로 설계 단계에서 어려움을 줄이고 효율적인 미생물 세포공장 개발을 위한 핵심 참고자료가 될 것”이라며 “향후 바이오 연료 등 다양한 친환경 화학물질 생산기술 개발에 크게 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 ‘석유대체 친환경 화학기술개발사업, 바이오화학산업 선도를 위한 차세대 바이오리파이너라 원천기술 개발’, ‘합성생물학핵심기술개발 사업, 바이오제조 산업 선도를 위한 첨단 합성생물학 원천기술 개발’ 과제의 지원을 받아 수행됐다.
윤경식 기자 ksyoon1102@cctoday.co.kr