개미산과 이산화탄소만으로 잘 증식하는 대장균 개발…대량생산 가능성

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개미산과 이산화탄소만을 이용하여 성장하는 대장균의 대사경로 모식도(출처: KAIST 이상엽 특훈교수)© 뉴스1

(대전=뉴스1) 심영석 기자 = 개미산과 이산화탄소만으로 상대적 고농도 배양이 가능한 대장균을 국내 연구진이 개발했다. 대기 중 이산화탄소 저감은 물론 개미산, 이산화탄소, 메탄올 등 일탄소(C1) 화합물의 고부가가치화에 활기를 더할 것으로 기대된다.

11일 한국연구재단에 따르면 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀은 빠르게 증식하는 대장균의 대사(metabolism) 과정을 변형해 유용한 화합물을 대량으로 생산할 수 있는 연구 결과를 얻었다.

원유·천연가스를 처리하는 증류탑이나 플랜트 등의 역할을 대장균이 대신하게 되는 것이다.

대장균은 사람과 마찬가지로 탄소를 함유한 유기물질을 대사하며 다양한 물질을 생성하는데 이 과정을 변형하거나 최적화하려는 대사공학적 시도가 활발하다.

이산화탄소로부터 쉽게 전환되어 얻어지는 개미산(탄소 수가 하나인 카복실산으로 개미나 벌 따위의 체내에 들어 있다)은 대기상태에서 안정된 액체로 보관과 이동이 용이하고 미생물이 섭취하기 더 효율적이어서, 원하는 화합물을 만드는 좋은 원료가 될 수 있다.

문제는 이산화탄소와 개미산만으로 대장균이 성장할 수 없어 포도당 같은 다른 탄소원을 함께 공급해야만 한다는 것이다.

그러나 다른 탄소원을 공급해 줄 경우에는 추가비용 뿐 아니라 미생물이 개미산을 잘 사용하지 않는 문제가 발생한다.

이에 연구팀은 대장균이 포도당 등의 다른 탄소원 없이 개미산과 이산화탄소만을 사용해 성장할 수 있도록 대사경로를 변형하는 방식을 고안했다.

먼저 개미산과 이산화탄소로부터 범용적 원료 화합물(피루브산) 을 합성할 수 있도록 관련된 대사경로를 도입한 대장균을 제작했다.

이어 대장균에 진균류식물성 폐물, 양조 제품 따위에 섞여 도처에서 자라는 미생물인 ‘캔디다속’과 분자유전학의 실험식물로서 널리 쓰여지는 유채(油菜)과의 소형식물인‘아라비돕시스’로부터 얻은 개미산 탈수소화효소를 도입했다.

즉, 개미산으로부터 대사활동에 필요한 생체에너지를 얻을 수 있도록 개량한 것이다.

연구팀은 더 나아가 합성된 원료 화합물로부터 대장균의 구성성분들을 합성 하는 대사회로를 강화하는 등 원하는 화합물을 산업적으로 생산할 수 있을 만큼 대장균이 왕성하게 증식할 수 있도록 했다.

실제 이렇게 개량한 대장균을 이산화탄소와 개미산만이 함유된 배지에서 배양한 결과 광학밀도(optical density) 11 수준까지 증식하는데 성공했다.

한편, 이번 연구 성과는 국제학술지 ‘네이처 마이크로바이올로지'(Nature Microbiology) 9월28일자에 게재됐다.

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