이은열 공과대학 교수 연구팀이 메탄을 활용해 고부가가치 원료를 만드는 기술을 개발했다. 온실가스인 메탄은 이산화탄소보다 온난화 효과가 84배 이상 강력한 만큼 이번 연구 성과가 기후 변화 대응에 기여할 수 있을 것이라 기대된다. 왼쪽부터 Nguyen Duc Anh 박사, 이은열 교수, 이옥경 연구교수, Nguyen Thu Thi 박사 과정생

이은열 공과대학 교수 연구팀 메탄 활용 고부가가치 원료 생산 관련 논문 2건 게재
“메탄의 환경친화적 활용, 기후위기 대응에도 의미 있을 것으로 기대”

이은열 공과대학 교수 연구팀이 메탄에서 고부가가치 화학제품을 생합성 하는 전략을 제시하고 이를 바탕으로 메탄에서 유래한 식품소재와 바이오 플라스틱 원료를 생산하는 기술을 개발했다. 화학제품 생합성 전략과 식품소재 및 바이오 플라스틱 원료 생산 기술은 각각 Cell Press가 발행하는 <Trends in Biotechnology> (IF 14.343, JCR 1.9%)의 온라인판과 영국 화학회가 발간하는 <Green Chemistry> (IF 9.480, JCR 4.9%)에 온라인 게재됐다. 식품소재 및 바이오 플라스틱 원료 생산 기술 관련 논문은 연구의 우수성을 인정받아 뒷표지 논문으로 선정됐다.

메탄은 이산화탄소와 함께 온실가스의 주요 성분이다. 이산화탄소가 양은 더 많지만, 미국 환경보호청(EPA)의 지구온난화지수 평가에 따르면 메탄이 이산화탄소보다 온난화 효과가 84배 이상 강력하다. 메탄이 전 지구적 기후위기의 주요 원인으로 꼽히는 이유이다.

메탄은 온실가스이지만 천연가스와 셰일가스, 바이오가스의 주성분으로 매장량이 풍부하고 저렴해 경제적인 차세대 탄소자원으로도 평가되고 있다. 환경친화적으로 사용할 수만 있다면 기후위기에 대응하는 측면에서도 의미를 찾을 수 있다. 이은열 교수 연구팀은 이 점에 주목해 연구를 시작했다.

세계 최초로 메탄자화균 개량해, 고부가가치 원료 생산
최근 메탄의 생물학적 전환에 관한 연구가 활발하다. 이중 메탄올 탄소원 및 에너지원으로 사용하는 메탄자화균이 주목받고 있다. 메탄자화균은 상온·상압에서 메탄을 알코올, 유기산, 올레핀 및 바이오폴리머 등의 고부가가치 산물로 대사한다.

이은열 교수 연구팀은 메탄자화균 관련 기존 연구를 분석해 메탄자화균의 메탄 및 메탄올 대사, 메탄자화균에 사용된 시스템 생물학 및 합성생물학 접근법, 대사공학적 개량을 통한 메탄자화균의 화학물질 및 바이오 연료 생산을 위한 전략을 만들었다.

연구팀은 이 전략을 활용해 세계 최초로 메탄과 이산화탄소를 동시에 동화할 수 있는 유형Ⅱ 메탄자화균 개량에 성공했다. 또 개량된 메탄자화균을 가스 발효해 식품 및 사료 소재인 라이신과 바이오 나일론 원료인 카다베린을 생합성 하는 기술을 개발했다.

연구팀은 대사공학적으로 개량된 유형Ⅱ 메탄자화균을 가스 발효하여 메탄으로부터 라이신 또는 카다베린을 성공적으로 생산했다. 메탄자화균의 개량 및 이를 이용한 메탄 유래 라이신 및 카타베린 생산 전체 개념도

나일론은 탁월한 내열성과 기계적 강도로 다양한 산업 분야에서 활용된다. 하지만 나일론은 대부분 석유를 사용해 생산돼 기후위기에 악영향을 끼친다. 환경친화적인 바이오 나일론 생산이 요구되는 이유다. 이은열 교수 연구팀의 연구로 바이오 나일론의 원료인 카다베린을 온실가스에서 얻을 수 있는 실마리를 찾았다.

이은열 교수는 “연구 초기 국내에서 메탄자화균을 연구하는 연구진이 적어 연구의 모든 것을 스스로 찾아야 했고, 기본적인 틀을 갖추는 데 2년 이상의 시간이 걸렸다”며 연구 과정의 어려움을 토로했다. 하지만 연구팀은 이러한 어려움을 극복하고, 메탄자화균 균주 개량 및 응용 분야에서 독보적인 노하우 확보에 성공했다. 이어 다음 연구계획으로 “메탄 유래 고부가가치 산물의 생산은 온실가스 문제의 대응 전략으로 효율적으로 활용할 수 있다”며 “다양한 고부가가치 물질 생산용 메탄자화균 셀 팩토리(Cell Factory)를 지속 개발할 계획”이라고 밝혔다.

글 김율립 yulrip@khu.ac.kr
사진 정병성 pr@khu.ac.kr

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