대장균 이용 나일론 전구체 제작 원천기술 개발

미생물인 대장균을 이용해 플라스틱 원료를 생산하는 원천기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 현재 석유화학 공정을 통해서만 생산이 가능했던 공정방식에 변화를 줄 것으로 기대되는 이 기술은 향후 생산성 확보를 통해 상업적 활용도 이어갈 방침이다. 지속 가능한 자원의 활용으로 플라스틱 업계의 주목을 받았던 이 기술을 본지에서 소개하고자 한다.

미생물로 플라스틱 원료 만든다
미생물을 활용해 플라스틱 원료를 생산하는 방식이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
KAIST 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀은 지난 8월 11일, 미생물을 이용해 1,3-다이아미노프로판(원, 쓰리-다이아미노프로판) 생산에 성공했다고 밝혔다. 이는 세계 최초로 바이오매스를 활용해 1,3-다이아미노프로판을 생산할 수 있는 길을 열었다는 점에서 의미가 깊다. 현재 이 연구결과는 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 게재되면서 세계적으로도 큰 주목을 받고 있다.

지속가능한 원료 개발
1,3-다이아미노프로판은 에폭시 수지의 가교제와 의약 및 농약제품 제작에 이용되는 핵심 화학물질로 알려져 있다. 또한 중합반응을 거치면 의료용 접착제, 엔지니어링 플라스틱 등으로 이용되는 나일론(폴리아마이드)도 제작할 수 있다.
다양한 활용성을 자랑하는 이 1,3-다이아미노프로판은 현재 석유를 통해서만 생산되고 있다. 그러나 기후변화와 환경문제를 유발하고 한정자원인 석유화학공정을 이용한다는 한계가 꾸준히 제기되고 있어 연구팀은 지속가능한 친환경 바이오화학공정으로의 재편에 힘써 왔다.
끊임없는 노력 끝에 드디어 이상엽 교수 연구팀은 세계 최초로 대장균을 이용한 1,3-다이아미노프로판 생산에 성공했으며, 지속가능한 자원인 바이오매스로부터의 생산 가능성을 열었다는 평가를 받게 됐다.

대장균 활용, 화합물 대량생산 가능
연구팀은 자체적으로 1,3-다이아미노프로판을 생산할 수 없는 대장균의 문제점을 해결하기위해 시스템 대사공학을 활용했다.
시스템 대사공학이란 세포전체의 대사회로를 정량, 정성적으로 분석한 후 시스템 수준에서 총체적으로 조작해 원하는 화합물을 대량생산하는 기술을 뜻한다.
연구팀의 생산 과정은 ▲외래 미생물의 1,3-다이아미노프로판 생산 대사회로를 컴퓨터 가상 세포에 도입해 가장 효율적인 대사회로를 결정한 후 ▲이 대사회로를 실제 대장균에 도입해 1,3-다이아미노프로판 생산하고 ▲마지막으로 추가적인 시스템 대사공학을 활용해 약 21배 이상 생산량을 증가시켜 최종 발효를 거침으로써 배양액 1L당 13g의 1,3-다이아미노프로판을 생산해냈다.

바이오리파이너리 통한 생산 가능성 열다
이상엽 교수 연구팀의 이번 기술을 활용하면 비식용 바이오매스를 이용한 1,3-다이아미노프로판 생산이 가능해져 기존 석유기반 화학 산업을 바이오리파이너리(Bio-refinery)로 대체할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.
연구를 주도한 이 교수는 “이번 연구는 세계 최초로 KAIST 연구실에서 바이오리파이너리를 통해 1,3-다이아미노프로판 생산 가능성을 제시했다는 점에서 의의를 갖는다”며 “더 많은 연구를 통해 생산량 및 생산성을 증산할 계획”이라고 밝혔다.
한편 이번 연구는 미래창조과학부의 기후변화대응 기술개발사업의 지원을 받아 수행됐으며, KAIST 채동언(박사과정) 학생이 제1저자로 참여했다.

KAIST www.kaist.ac.kr

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 대장균 이용 나일론 전구체 제작 원천기술 개발