전 세계가는 플라스틱 오염으로 골머리를 앓고 있는 가운데 국내 연구진이 생분해되고 기존 페트병을 대체할 수 있는 미생물 기반의 플라스틱을 생산했다.
이상엽 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 특훈교수 연구진은 페트병의 주성분인 방향족 폴리에스터(PET)를 대체할 성분을 고효율로 생산하는 미생물 균주를 개발했다고 7일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지인 ‘미 국립과학원회보(PNAS)’에 지난달 30일 게재됐다.
고분자를 만드는 재료인 ‘유사 방향족 다이카복실산’은 높은 생분해성을 가지고 있어 친환경적 물질로 주목받고 있다. 화학적인 방법을 통해 생산할 수 있으나, 수율이 낮고 반응 조건이 복잡하며 생산 과정에서 유해 폐기물도 나와 문제였다.
연구진은 생명체의 대사회로를 바꿔 원하는 물질을 만드는 대사공학으로 미생물에서 유사 방향족 다이카복실산을 만들었다. 단백질의 주성분인 아미노산 생산에 주로 사용되는 세균인 코리네박테리움을 개량해 5종의 유사 방향족 다이카복실산을 고효율로 생산하는 미생물 균주로 만들었다.
이어 미생물의 대사회로를 최적화해 유사 방향족 다이카복실산 5종을 고효율로 생산했다. 유사 방향족 다이카복실산인 2-피론-4,6-다이카복실산을 1L당 76.17g, 2,3-피리딘 다이카복실산 2.79g, 2,4-피리딘 다이카복실산 0.49g, 2,5-피리딘 다이카복실산 1.42g, 2,6-피리딘 다이카복실산을 15.01g 생산했다.
이 중 2,4-, 2,5-, 2,6-피리딘 다이카복실산은 세계 최고 농도로 생산하는 데 성공했다. 특히 2,4-, 2,5-피리딘 다이카복실산은 기존에 1L당 ㎎ 단위 극미량으로 생산되던 것을 1000배 증가한 g 규모로 생산했다. 연구진은 “이번 연구는 다양한 폴리에스터 생산 산업공정에 응용할 수 있을 것”이라며 “유사 방향족 폴리에스터 생산에 관한 연구에도 적극 활용될 수 있으리라 기대한다”고 밝혔다.
이상엽 특훈교수는 “미생물을 기반으로 유사 방향족 폴리에스터의 성분을 고효율로 생산하는 친환경 기술을 개발했다는 점에 의의가 있다”며 “이번 연구가 미생물 기반의 산업이 석유 화학 기반의 화학산업을 대체하는 데 일조할 것”이라고 밝혔다.
참고 자료
PNAS(2024), DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2415213121