이상엽 KAIST 특훈교수, 개미산·이산화탄소만으로 증식하는 대장균 개발

이상엽 특훈교수. KAIST 제공.

이상엽 KAIST 생명화학공학과 특훈교수 연구팀이 개미산과 이산화탄소만으로 잘 증식하는 대장균을 개발했다. 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 마이크로바이올로지’ 9월 28일자에 게재됐다. 

빠르게 증식하는 대장균의 대사 과정을 잘 변형하면 유용한 화합물을 대량으로 생산할 수 있다. 원유나 천연가스를 처리하는 증류탑이나 플랜트 등의 역할을 대장균이 대신하는 것이다. 대장균은 탄소를 함유한 유기물질을 대사하며 다양한 물질을 생성하는데 이 과정을 변형하거나 최적화하려는 대사공학적 시도가 활발히 이뤄지고 있다. 

이산화탄소로부터 쉽게 전환해 얻을 수 있는 개미산은 대기 상태에서 안정된 액체로 보관과 이동이 용이하다. 이런 이유로 미생물이 섭취하는 데 더 효율이 높아 원하는 화합물을 만드는 좋은 원료가 될 수 있다. 

문제는 이산화탄소와 개미산만으로 대장균이 성장할 수 없어 포도당과 같은 다른 탄소원을 함께 공급해야 한다는 점이다. 이 경우 비용이 추가로 들 뿐만 아니라 미생물이 개미산을 잘 사용하지 않는 문제도 발생한다. 

이상엽 특훈교수 연구팀은 대장균이 포도당 등의 다른 탄소원 없이 개미산과 이산화탄소만을 사용해 성장할 수 있도록 대사 경로를 변경하는 방식을 고안했다. 

먼저 개미산과 이산화탄소로부터 범용적 원료 화합물(피부르산)을 합성할 수 있도록 관련 대사경로를 도입한 대장균을 제작했다. 이 대장균에 미생물과 식물로부터 얻은 개미산 탈수소화효소를 도입, 개미산으로부터 대사활동에 필요한 생체에너지를 얻을 수 있도록 개량했다. 

이렇게 만든 원료 화합물로부터 대장균이 구성성분을 합성하는 대사회로를 강화하고 원하는 화합물을 산업적으로 생산할 수 있을 만큼 대장균이 왕성하게 증식할 수 있도록 하는 데 성공했다. 

이상엽 특훈교수는 “이번 기술을 활용하면 대장균을 이용한 발효공정을 통해 개미산 및 이산화탄소만으로 고농도 세포 성장이 가능하고 향후 바이오연료나 고분자, 화학물질을 생산할 수 있을 것”이라고 말했다.

[김민수 기자 reborn@donga.com]