-미생물이 새로운 CI 가스를 활용하는 새 대사 회로 매커니즘 발견
-C1 가스 활용할 원천기술 상용시 화학, 에너지 산업에 친환경 열풍

(왼쪽)조병관 교수, 송요셉 박사(KAIST)
조병관 교수(왼쪽), 송요셉 박사. (사진=KAIST)

[데일리비즈온 김소윤 기자] 한국과학기술원(KAIST) 생명과학과 조병관 교수 연구팀이 미생물이 새로운 CI 가스를 활용하는 새로운 대사 회로 매커니즘을 발견했다. 이들이 규명한 대사 회로는 현재까지 알려진 것들 중 가장 우수한 효율을 나타냈다는 설명이다. 이에 따라 향후 CI 가스를 고부가가치 생화학물질로 전환하는 산업에 활용될 전망이다. 

C1 가스는 넓은 의미에서 셰일가스를 비롯해 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO), 바이오가스 유래 메탄(CH4)처럼 탄소의 개수가 1개인 가스를 의미한다. 전 세계적으로 셰일가스를 포함한 C1 가스가 주목받고 있다. C1 가스를 활용하는 원천기술이 상용화되면 미래의 화학, 에너지산업에는 친환경 바람이 불 것이라는 것이 전문가들의 의견이다.

연구팀이 규명한 새 대사회로는 현재까지 알려진 관련 대사회로 중 가장 우수한 효율을 갖고 있어 향후 C1 가스를 고부가가치 생화학물질로 전환하는 산업적 응용에 활용 가능할 것으로 기대된다. 현재까지 자연계에 알려진 C1 가스를 유기물로 전환하는 대사회로는 총 6개다. 대표적인 예로 식물의 광합성이 꼽힌다.

이중 미생물(아세토젠)에서 발견되는 우드-융달 대사회로는 C1 가스의 흡수 대사회로 중 가장 효율적인 회로로 알려져 있다. 특히 아세토젠은 다양한 환경에서 서식할 수 있는데 1년에 1000억㎏의 아세틸산(아세토젠의 생산물)을 생산하며 지구 탄소 순환에 큰 영향을 끼친다는 것이 연구팀의 설명이다. 그러나 아세토젠 미생물은 대장균과 같은 산업 미생물과 비교했을 때 생장 속도가 10배 이상 느리다.

이는 C1 가스를 유용한 생화학물질로 변환하기 위한 산업적 미생물로 이용되기까지의 한계점이다. 이에 C1 가스 고정을 더욱 효율적으로 할 수 있는 새로운 대사경로 연구가 지속적으로 이어져왔다.

신규 C1 가스 고정 대사회로 규명 모식도. (그림=KAIST)
신규 C1 가스 고정 대사회로 규명 모식도. (그림=KAIST)

연구팀은 문제 해결을 위해 아세토젠 미생물 중 하나인 클로스트리디움 드라케이가 이산화탄소 흡수 시 다른 미생물에 비해 빠른 성장 속도를 나타내는 점에 주목했다.

연구팀은 차세대시퀀싱 기술을 이용한 게놈서열 및 유전자 분석을 통해 디지털 가상 세포를 구축하고 C1 가스의 흡수 대사경로 효율을 예측했다. 이 결과 현재까지 보고되지 않은 새로운 7번째 대사회로의 존재를 발견했다. 우드-융달 대사 회로와 글리신 생합성 대사회로가 결합돼 C1 가스 고정과 동시에 세포 생장에 필요한 에너지를 획득하는 새로운 형태의 대사회로의 존재를 규명했다는 설명이다.

연구팀은 대사 회로를 구성하는 유전자의 발현량, 동위원소를 이용한 대사경로 흐름 추적, 유전자가위 기술 등을 통해 클로스트리디움 드라케이 미생물이 실제로 새로운 대사 회로를 사용해 C1 가스를 흡수하는 것을 증명했다.

아울러 관련 유전자들을 세포 생장 속도가 느린 다른 아세토젠 미생물에 도입한 결과 빠른 속도로 C1 가스를 사용하여 생장하는 것도 확인했다. 조 교수는 “연구팀이 발굴한 신규 C1 가스 고정 대사 회로를 이용해 아세토젠 미생물의 느린 생장 속도로 인한 고부가가치 생화학물질 생합성 한계를 극복할 수 있기를 기대한다”라고 말했다.

이번 연구결과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 C1 가스 리파이너리 사업 및 지능형바이오시스템 설계 및 합성 연구단(글로벌프론티어사업)의 지원과 KAIST 초세대 협력연구실 사업(바이오디자인 연구실)의 지원을 받아 수행됐다.

 

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