바이오부탄올 생합성 관계하는 효소 규명됐다

국내 연구팀, 바이오부탄올 생합성 높이고 증산 등 추가연구 계획

▲바이오부탄올의 생합성에 관계하는 주요 효소에 대한 구조와 특성이 밝혀졌다.[사진제공=카이스트]

[아시아경제 정종오 기자] 국내 연구팀이 친환경 차세대 에너지인 바이오부탄올의 핵심 생산 효소인 싸이올레이즈(Thiolase)의 구조와 특성을 밝혀냈다. 싸이올레이즈는 바이오부탄올 생합성에 관여하는 주요 효소를 말한다. 이번 기초연구에 이어 앞으로 바이오부탄올 생합성을 높이고 바이오부탄올을 증산시킬 수 있는 추가 연구에 들어갈 계획이다.

바이오부탄올은 바이오연료로 이미 사용되고 있는 바이오에탄올을 능가할 수 있는 친환경 차세대 수송용 바이오연료로 각광받고 있다. 바이오부탄올의 에너지 밀도는 리터당 29.2MJ(메가줄)로 바이오에탄올(19.6MJ)보다 48% 이상 높고 휘발유(32MJ)와 큰 차이가 없다. 또 폐목재, 볏짚, 잉여 사탕수수, 해조류 등 비식용 바이오매스에서 추출하기 때문에 식량파동 등에서도 자유롭다.

바이오부탄올의 가장 큰 장점은 휘발유와 비교했을 때 공기연료비, 기화열, 옥탄가 등 연료 성능이 비슷해 현재 자동차 등에 사용되고 있는 가솔린 엔진을 그대로 사용할 수 있다는 점이다. 바이오부탄올은 클로스트리듐이라는 미생물로부터 생산이 가능헌데 클로스트리듐의 주요 효소의 구조와 기작 등에 대한 연구는 체계적으로 이뤄지지 못했다.

연구팀은 이 미생물의 성능 향상을 위해 바이오부탄올 생합성에 필요한 주요 효소 중 하나인 싸이올레이즈의 3차원 입체구조를 포항방사광가속기를 이용해 규명했다. 이를 통해 일반적 미생물의 효소에서는 발견되지 않고 클로스트리듐 내의 싸이올레이즈에서만 관찰되는 '산화-환원' 스위치 구조를 발견했다.

또 가상세포모델 등을 활용한 시스템대사공학 기법을 활용해 이 싸이올레이즈가 실제 미생물 내에서 '산화-환원'의 스위치로 작동한다는 것을 증명했다. 연구팀은 밝혀낸 싸이올레이즈 구조의 원천기술을 활용해 활성이 향상된 돌연변이 효소를 설계했다. 이를 이용해 바이오부탄올 생산 미생물의 대사회로를 조작해 바이오부탄올 생합성이 향상되는 결과를 얻었다.

이번 연구는 카이스트(KAIST) 생명화학공학과 이상엽 교수 연구팀이 경북대학교 김경진 교수 연구팀과 공동연구로 거둔 성과이다. 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 9월22일자 온라인 판에 게재됐다.

이상엽 교수는 "바이오부탄올 생합성 대사회로에서 가장 중요한 효소의 구조와 작용 기작을 밝힌 연구"라며 "싸이올레이즈 관련 원천기술을 활용해 바이오부탄올을 더욱 경제적으로 생산할 수 있는 대사회로 구축에 응용하겠다"고 말했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr