식품생명공학과 우한민 교수 연구팀,
30억년 전 등장한 시아노박테리아로 이산화탄소 줄인다
- 대사공학으로 기후변화대응 및 탄소자원화를 위한 문제 해결 가능성 제시
- 이산화탄소로부터 광합성 아세톤을 세계 최고 수준으로 생산

[그림1] 우한민 교수

식품생명공학과 우한민 교수 연구팀이 대사공학기술을 활용하여 태양광과 이산화탄소로부터 실생활은 물론 다양한 화학공업에 쓰이는 광합성 아세톤을 직접 생산할 수 있는 기술을 세계 최고 수준으로 개발했다고 밝혔다. 

연구팀은 광합성을 통해 산소를 배출하고 이산화탄소를 고정화하는 ‘시아노박테리아’에 주목했다. 흔히 남조류라고 부르는 시아노박테리아는 원시 지구에 산소를 만들어 낸 것으로 알려진 미생물로 30억년 동안 진화해왔다.

연구팀은 유전자 재조합 기술을 이용하여 특정 유전자를 삽입함으로써 대사회로의 병목구간으로 존재하는 필수 피루브산 탈수소효소를 우회하는 합성대사경로를 도입하여 인공 시아노박테리아를 개발하였다. 이로써 30억년이라는 기나긴 진화의 시간 없이도 이산화탄소로부터 직접 광합성을 아세톤을 생산할 수 있게 되었다.

인공 시아노박테리아는 이산화탄소를 전환하기 위한 핵심대사경로를 포함하고 있어, 아세톤 이외에 다양한 석유화학대체 물질 생산을 위한 핵심기술 요소로 사용될 수 있고, 미래에 이산화탄소로부터 직접 고분자 물질을 합성할 수 있을 것으로 기대된다.

이는 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 활용하여 기존의 석유화학제품을 대체할 수 있는 이산화탄소활용(Carbon Capture and Utilization, CCU) 원천기술을 개발하였다는데 큰 의의가 있다.

  [그림2] 유전공학기술과 대사공학기술을 이용하여 시아노박테리아에서 진화로 굳어진필수 피루브산 탈효소 경로를 우회하여 신규 인공 아세트알데히드-아세트산 경로를 개발하여 이산화탄소로부터 광합성 아세톤을 생산하였다. 이를 통하여 이산화탄소와 빛에너지로부터 석유화합물을 대체할 수 있는 다양한 화합물 및 바이오연료를 생산의 가능성을 제시하였다.

우한민 교수(교신저자)는 “이번 연구는 지구온난화 등 기후 변화에 대응하고, 이산화탄소를 활용하여 지속가능한 아세톤 생산과 미래 태양광-바이오리파이너리* 기술 개발의 방향을 제시하였다”고 밝혔다.
    * 오일리파이너리와 대응되는 용어로, 바이오기술을 통하여 다양한 화학제품을 생산할 수 있는 기술

본 연구는 과학기술정보통신부 ｢한국 이산화탄소포집및처리(Korea CCS) 2020사업｣과 ｢중견연구사업｣ 지원을 통해 수행되었으며, 식물과학 분야(JCR상위 3.9%) 최우수국제학술지 플랜트 바이오테크놀로지 저널(Plant Biotechnology Journal)에 1월 20일(월) 온라인 게재되었다.