이상엽 KAIST 교수, 세계 최초 미생물 이용한 휘발유 생산 기술 개발

이상엽 교수

아주경제 이한선 기자= 국내 연구진이 세계 최초로 미생물을 이용해 휘발유를 생산하는 원천기술을 개발했다.

미래창조과학부는 이상엽 한국과학기술원(KAIST) 특훈 교수팀이 바이오매스를 이용해 휘발유 등 바이오연료를 생산할 수 있는 기술 개발에 성공했다고 30일 밝혔다.

이번 연구는 미래부 글로벌프론티어사업 차세대 바이오매스 연구단과 기후변화대응 기술개발사업의 지원으로 수행돼 네이처 30일 온라인판에 게재됐다.

바이오매스란 광합성으로 자라는 나무 등으로 이산화탄소를 탄소원으로 이용하고 에너지원으로 태양빛을 활용해 액체연료 및 산업소재를 생산할 수 있는 지속가능 자원이다.

연구팀은 개발된 대장균을 배양해 배양액 1리터당 580mg의 휘발유를 생산하는데 성공했다.

이상엽 교수는 “생산 효율이 낮지만 미생물을 대사공학적으로 개량해 휘발유를 처음 생산했다는 학문적인 의미가 있다”며 “한정돼 있는 지방산 생산을 많이 하도록 진화를 시키고 합성 반응 속도를 높이는 가운데 대장균의 최적화 작업과 발효기법을 병행하면서 생산성과 수율을 높이는 연구를 계속할 예정”이라고 말했다.

연구팀은 세포 유전자를 조작해 원하는 화합물을 대량으로 생산하도록 하는 기술인 대사공학을 이용해 세계 최초로 미생물에서 휘발유를 생산하는데 성공했다.

그동안 미생물을 이용해 긴 사슬 길이의 바이오 알케인을 생산하는 방법은 개발됐으나 짧은 사슬길이의 생산법이 개발된 것은 처음이다.

휘발유는 탄소수가 4~12개로 이뤄진 사슬모양 탄화수소 화합물로 2010년 사이언스지에 발표한 미생물 이용 바이오 알케인은 탄소 사슬 길이가 13~17개인 바이오 디젤이었다.

기존 기술은 추가적인 중질유를 분해해 경질유를 만드는 크래킹 과정을 거쳐야 휘발유를 만들 수 있어 비용과 시간이 더 걸렸다.

미생물에서 지방산은 전체 세포의 1%도 되지 않을 만큼 소량으로 만들어지고 지방산 길이도 길었지만 연구팀은 대사회로를 이용해 다양한 생화학 물질을 생산하는 대사공학기술을 미생물에 적용해 지방산 합성 저해 요소를 제거하고 길이를 원하는 목적에 맞게 조절할 수 있는 효소를 새로 발견했다.

개량된 효소를 도입해 미생물에서 생산하기 어려운 길이가 짧은 길이의 지방산 생산에 성공했다.

세포내 생산된 짧은 길이의 지방산 유도체로부터 휘발유를 생산할 수 있는 추가 대사반응과 생물체 내에 없는 식물 유래의 신규 효소를 포함하는 합성대사경로를 도입해 최종 대장균 생산균주를 개발했다.

이번에 개발된 기술은 바이오 연료, 생분해성 플라스틱 등과 같은 다양한 바이오 화합물을 생산할 수 있는 플랫폼 기술이 될 수 있을 것으로 전망된다.

기술을 활용하면 재생 가능한 바이오매스를 전환해 바이오 연료, 계면활성제, 윤활유 등으로 이용할 수 있는 알코올과 바이오 디젤 생산이 가능해 기존의 석유기반 화학산업을 바이오기반 화학산업으로 대체하는 기반이 될 수 있을 것으로 기대된다.

이 교수는 가상세포 및 초고속분석기술을 이용해 생명체를 연구하는 시스템 생물학과 대사공학 분야의 세계적 전문가로 꼽히고 있다.

지난 2007년 KAIST 최고 영예직으로 정년이 없이 연구를 지속할 수 있는 특훈교수에 임명됐다.