[서울파이낸스 여용준 기자] KAIST 연구진이 화학적인 공정이 아닌 시스템 대사공학을 활용해 숙신산을 생산하는데 성공했다. 숙신산은 플라스틱의 원료와 식품, 의약품 등의 합성에 사용되는 매우 중요한 산업 기반 화학물질이다.
KAIST는 김지연 생명화학공학과 박사과정생과 이종언 박사를 포함한 이상엽 특훈교수 연구팀이 마그네슘(Mg2+) 수송 시스템을 최적화해 고효율 숙신산 생산 균주를 개발했다고 11일 밝혔다.
연구팀은 한우의 반추위에서 분리한 미생물인 '맨하이미아(Mannheimia)'의 대사회로를 조작하고 마그네슘 수송 시스템을 최적화해 세계 최고 수준의 생산성을 갖는 숙신산 생산 기술을 개발했다.
연구팀은 미생물 발효 과정 중 pH 조절을 위해 사용되는 다양한 알칼리성 중화제가 숙신산 생산에 미치는 영향을 파악하고 최적화된 중화제를 선정했다. 특히 수산화마그네슘(Mg(OH)2)이 포함된 중화제를 사용해 마그네슘이 미치는 생리학적 영향을 분석해 세포 성장과 숙신산 생산에 중요한 역할을 한다는 사실을 확인했다.
또 맨하이미아 내 존재하는 마그네슘 수송체인 corA 유전자를 규명하고 다양한 마그네슘 수송체를 도입해 마그네슘의 수송을 더욱 향상했다. 그 중 '살모넬라 엔테리카' 균에서 유래한 고효율 마그네슘 수송체를 도입해 시스템을 최적화한 결과 152.23 g/L의 숙신산을 생산했다. 최대 생산성은 39.64 g/L/h를 달성했다.
이는 기존 대비 약 2배 향상된 것으로 현재까지 보고된 세계 최고의 숙신산 생산성 수치다. 연구팀은 이 과정에서 계속해서 세계 기록을 세우며 자체 기록을 경신하고 있다. 이는 생물학적 플랫폼을 통해 화학물질 생산을 극대화한 중요한 발전으로 의의를 지닌다.
김지연 박사과정생은 "마그네슘 수송 시스템을 최적화해 고농도의 숙신산을 생산했다는 점에 의의가 있다"며 "이 기술이 향후 중요한 화학물질들을 생물학적으로 생산하는 미생물 균주 개발의 전략으로 작용할 것으로 기대된다"고 밝혔다.
이상엽 특훈교수는 "이번 연구는 숙신산 생산의 새로운 표준을 제시했으며 생물 기반 화학물질의 경제성을 크게 높일 수 있는 잠재력을 가지고 있으며, 지속 가능한 바이오화학 산업의 발전에도 크게 기여할 것으로 기대된다"고 말했다.
해당 연구 결과는 국제 학술지인 '미국 국립과학원 회보(PNAS)'에 9월 6일(현지시간) 자 게재됐다. 이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 석유대체 친환경 화학기술개발사업의 '바이오화학산업 선도를 위한 차세대 바이오리파이너리 원천기술 개발' 과제의 지원을 받아 수행됐다.
