대장균으로 농·의약품, 나일론 전구체 만든다

카이스트 연구팀, 대사공학 통해 원천 기술 개발

▲C4 대사회로를 이용해 1,3-다이아미노프로판을 생산하기 위한 대사공학.[사진제공=카이스트]

[아시아경제 정종오 기자] 대장균을 이용해 농·의약품과 나일론 전구체(대사회로 혹은 일련의 반응에서 어떤 물질의 전단계 물질) 제작 원천기술이 개발됐다. 그동안 석유를 통해 생산된 것을 대장균으로 대체할 수 있을 것으로 기대돼 관심을 모으고 있다.

카이스트(KAIST, 총장 강성모) 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 11일 세계 최초로 미생물을 이용한 '1,3-다이아미노프로판(원, 쓰리-다이아미노프로판)' 생산에 성공했다.

'1,3-다이아미노프로판'은 에폭시 수지의 가교제, 의약과 농약제품 제작에 이용되는 핵심 화학물질이다. 또 중합반응을 통해 의료용 접착제, 엔지니어링 플라스틱 등으로 이용되는 나일론(폴리아마이드)을 제작할 수 있다. 1,3-다이아미노프로판은 현재 석유를 통해 생산된다. 기후변화와 환경문제를 유발하고 한정 자원인 석유화학공정을 이용한다는 한계가 있어 연구팀은 지속가능한 친환경 바이오화학공정으로 재편에 힘쓰고 있다.

이상엽 교수 연구팀은 세계 최초로 대장균을 이용한 1,3-다이아미노프로판 생산에 성공해 지속가능한 자원인 바이오매스로부터 생산 가능성을 열었다. 연구팀은 자체적으로 1,3-다이아미노프로판을 생산할 수 없는 대장균의 문제점 해결을 위해 시스템 대사공학을 이용했다. 시스템 대사공학은 세포전체 대사회로를 정량, 정성적 분석 후 시스템 수준에서 총체적으로 조작해 원하는 화합물을 대량생산하는 기술을 말한다.

연구팀의 생산 과정은 우선 외래 미생물의 1,3-다이아미노프로판 생산 대사회로를 컴퓨터 가상 세포에 도입해 가장 효율적 대사회로를 결정한다. 이어 이 대사회로를 실제 대장균에 도입해 1,3-다이아미노프로판을 생산한다. 마지막으로 추가적 시스템 대사공학을 통해 약 21배 이상 생산량을 증가시켜 최종 발효를 통해 배양액 1 리터당 13그램의 1,3-다이아미노프로판 생산에 성공했다.

이 기술로 재생 가능 비식용 바이오매스를 이용한 1,3-다이아미노프로판 생산이 가능해져 기존 석유기반 화학 산업을 바이오 리파이너리(Bio-refinery)로 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

이 교수는 "이번 연구는 세계 최초로 카이스트 연구실에서 바이오 리파이너리를 통해 1,3-다이아미노프로판 생산 가능성을 제시한 점에서 의의를 갖는다"며 "더 많은 연구를 통해 생산량과 생산성을 증산할 계획"이라고 말했다. 카이스트 채동언 박사과정 생이 제 1저자로 참여했다. 연구결과는 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 11일자에 실렸다.