'탄소중립' 끝판왕?…CO2 먹고 바이오연료 뱉는 미세조류

심상준 고려대교수 연구팀, 고농도 C02에도 견디는 미세조류 개량 성공
이미 산업 현장에서 활용 가능 증명..."탄소 중립 사회 구현에 도움될 것"

고농도 이산화탄소 포함 실제 산업 배출가스 활용 미세조류 이산화탄소 전환 성능 및 유용물질 생산 실증을 위한 현장 테스트 유전공학적 전략을 통해 개발된 미세조류 균주(PMA4ΔCter-V4)와 야생형 균주(WT)의 CO2 전환 플랫폼으로서 실용성 검증을 위한 옥외 대량 배양 결과 (그림에 대한 구체적 설명) (a) 고농도 CO2 및 기타 유독 성분이 포함된 석탄 연소 배기가스를 활용한 실제 바이오매스 및 유용물질 생산을 위한 옥외 대량 배양 평가. (b) 향상된 고농도 CO2 내성으로 인한 개발 미세조류의 고속 CO2 전환(2.23배) 및 바이오매스 생산(2.28배) 성능. 대표적 미세조류 유래 유용물질인 바이오디젤, 고체연료 및 지질 생산성 또한 각각 4.68배, 2.2배 및 2.21배 향상되었음을 확인. ＜그림 및 설명 제공 = 심상준 고려대 교수＞

[아시아경제 김봉수 기자] 고농도의 이산화탄소에도 죽지 않고 오히려 흡수해 바이오 연료로 전환해주는 미세조류가 개발됐다. 기존보다 훨씬 빠르게 많은 양의 이산화탄소를 먹어 치우고 바이오 연료 생산량도 대폭 늘어나 실용화 가능성이 높다.

한국연구재단은 심상준 고려대 교수 연구팀이 산업현장에서 배출되는 고농도 이산화탄소로부터 직접 고부가가치물질을 빠르게 생합성할 수 있는 개량 미세조류을 개발했다고 28일 밝혔다. 미세조류에 혹독한 고농도의 이산화탄소를 바이오연료 같은 고부가가치물질로 고속 전환시킬 수 있는 생물학적 이산화탄소 저감 기술을 개발했다고 밝혔다.

미세조류는 광합성 미생물의 총칭이다. 식물이 이산화탄소를 흡수해 식물의 영양분으로 삼듯, 미세조류도 이산화탄소를 흡수해 빛을 에너지 삼아 각종 물질을 만들어 낸다.

문제는 미세조류가 고농도 이산화탄소에 노출될 경우 죽어 버리는 등 내성이 낮다는 것이다. 산업 전반에서 대량으로 발생하는 고농도 이산화탄소를 효율적으로 저감 및 전환하는 데는 한계가 있었다.

연구팀은 미세조류에서 이산화탄소 내성이 낮은 것이 고농도 이산화탄소 환경 하에서 원형질막 수소 이온-ATP 분해효소의 발현이 저조하기 때문임을 알아냈다. 원형질막 수소 이온-ATP 분해효소란 세포 원형질막에 존재하는 수소 이온(H+) 배출 펌프의 하나. 식물 및 곰팡이에서 세포 내부 산성도(pH) 조절에 핵심적 역할을 하는 단백질이다.

실제 식물에서 유래한 이 분해효소 유전자를 미세조류 내에 도입해 지속적으로 이 생체 펌프를 발현하도록 개량하자 그렇지 않은 야생형 미세조류 대비 이산화탄소 내성이 3배 이상 높아졌다. 이산화탄소 용해 및 관련 물질대사의 결과로 미세조류 내에 지속적으로 축적되는 수소 이온을 이 생체 펌프가 세포 밖으로 원활하게 배출시켜 산성 환경에서도 미세조류의 활성을 유지할 수 있었기 때문이다.

연구팀은 옥외 대량 배양실험을 통해서도 이산화탄소 내성 향상 효과를 확인했다. 고농도 이산화탄소가 포함된 석탄 연소가스에 직접 노출시킨 경우에도 야생형 미세조류 대비 2배 이상 빠르게 이산화탄소를 바이오매스 및 바이오연료로 전환시키는 것으로 나타났다.

심상준 교수는 "개발된 이산화탄소 내성 증대 미세조류 균주는 실제 산업 배출가스를 활용한 대규모 배양 현장 테스트를 통해 검증됐다"면서 "2050년 탄소중립 실현을 위한 실질적 생물학적 고속 이산화탄소 저감 및 전환 기술로 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 지난 18일 온라인 게재됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr