화석 연료 기반 플라스틱→친환경적으로 생산한다

[아이뉴스24 정종오 기자] 여러 친환경 고분자 중에서도 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)는 생분해성과 생체 적합성이 뛰어나 토양이나 해양 환경에서도 생분해되며 식품 포장재나 의료용품 등에 사용되고 있다.

지금까지 생산된 천연 PHA(natural PHA)는 내구성, 열적 안정성 등 다양한 물성을 충족시키기 어렵고 생산 농도가 낮아 상업적으로 활용하는 데 한계가 있었다. 한국과학기술원(KAIST) 연구팀이 플라스틱으로 인한 환경오염 문제 해결에 중요한 기술을 내놓았다.

KAIST(총장 이광형)는 생명화학공학과 이영준 박사와 강민주 석사과정생을 포함한 이상엽 특훈교수 연구팀이 시스템 대사공학을 이용해 ‘방향족 폴리에스터를 고효율로 생산하는 미생물 균주 개발’에 성공했다고 26일 발표했다.

방향족 폴리에스터는 방향족 화합물(벤젠과 같은 특별한 형태의 탄소 고리 구조)을 포함하고 에스터 결합을 가진 고분자를 말한다.

이번 연구에서는 대사공학을 이용해 대장균 내 방향족 단량체인 페닐 젖산(phenyllactate, PhLA) 생합성 회로의 대사 흐름을 강화하고 대사 회로를 조작해 세포 내부에 축적된 고분자의 분율을 높였다.

컴퓨터 시뮬레이션을 이용해 PHA 합성 효소의 구조를 예측하고 구조와 기능의 상관관계를 바탕으로 효소를 개량했다.

연구팀은 이후 발효 최적화를 통해 세계 최고 농도(12.3±0.1 g/L)로 폴리(PhLA)를 고효율로 생산하고 30ℓ 규모의 유가식 발효로 성공적으로 폴리에스터를 생산해 산업화 수준 생산의 가능성도 보였다.

생산된 방향족 폴리에스터들은 앞으로 약물 전달체로서의 가능성과 더불어 향상된 열적 물성, 상업화되고 개선된 기계적 물성을 보여줬다.

이번 논문의 공동 제1 저자인 이영준 박사는 “친환경적 원료와 방법으로 미생물 기반의 방향족 폴리에스터를 세계 최고 농도로 생산했다는 점에 의의가 있다”며 “이 기술이 플라스틱으로 인한 환경오염 문제 해결에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다”고 말했다.

이상엽 특훈교수는 “시스템 대사공학을 이용해 유용한 고분자를 고효율로 생산하기 위해 다양한 전략을 제시한 이번 연구가 기후변화 문제와 특히 최근 플라스틱 문제의 해결에 크게 이바지할 수 있을 것”이라고 말했다.

해당 연구 결과(논문명 : Microbial production of an aromatic homopolyester)는 국제 학술지인 셀(Cell)이 발행하는 ‘생물공학 동향(Trends in Biotechnology)’ 8월 21일자에 실렸다.