국내 연구진, 합성가스를 에탄올로 전환하는 ‘미생물 대사전환’ 핵심 기술 개발

▲'아세토제네시스'로부터 '에탄올로제네시스'로 대사 전환 초산(아세테이트)을 주 생산물로 생산하는 아세토젠에 대사 경로를 도입해 에탄올을 단일 산물로 생산할 수 있게 되었다. 이는 기존에 아세토젠의 최종 산물이 초산(아세테이트)이라는 통념을 깨고, '아세토제네시스' 대사 대신 '에탄올로제네시스' 대사를 통해 에탄올 단일 생산이 가능해졌음을 의미한다. (자료=광주과학기술원 오소영 박사)

탄소 중립 실현을 앞당길 수 있는 바이오 에너지 대량 생산의 새로운 길이 열렸다.

한국연구재단(이사장 홍원화)은 광주과학기술원(이하 GIST) 환경·에너지공학부 장인섭 교수와 고려대 융합생명공학과 최인걸 교수 연구팀이 합성가스와 C1 가스의 미생물 발효를 통해 단일 화합물 생성 및 고급화 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

합성가스는 바이오매스 및 폐기물 가스화 과정에서 생성되며, 이산화탄소(CO₂), 일산화탄소(CO) 등의 C1 가스를 포함하는 친환경 자원이다. 미생물을 생촉매로 활용하는 합성가스 발효 기술은 초산, 에탄올, 부티르산 등 경제적 가치가 높은 바이오 연료 및 화합물을 생산할 수 있어 탄소 중립 실현의 유망 기술로 주목받고 있다.

하지만 기존 기술은 혼합 산물이 생성되고 미생물의 생장 및 생산성이 저하되는 문제가 있어 상업화에 한계가 있었다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 합성가스를 아세트산에서 에탄올로 전환하는 새로운 미생물 대사 경로를 개발했다.

연구팀은 이산화탄소를 흡수해 아세트산을 생성하는 미생물인 아세토젠의 발효 특성을 분석했다. 아세토젠은 이산화탄소나 일산화탄소를 '우드-융달 경로(Wood-Ljungdahl pathway)'를 통해 아세트산으로 전환한다.

연구팀은 기존 대사 경로를 변형해 아세트산 대신 에탄올을 단일 생산하는 새로운 대사 경로를 구현했으며, 이를 통해 '에탄올로제네시스'라 불리는 새로운 대사 메커니즘을 확인했다.

▲(왼쪽부터) 교신저자 장인섭 교수, 교신저자 최인걸 교수, 제1저자 오소영 박사, 제1저자 정지영 박사

GIST 장인섭 교수는 “이번 연구로 혼합 산물 생성의 기존 한계를 극복하고, 단일 산물로서 에탄올을 생산할 수 있는 미생물 균주를 확보했다"며 “이 기술은 지속 가능한 바이오 에너지 생산에 중요한 진전을 이뤄내며 경제성과 친환경성을 동시에 확보할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 C1 가스리파이너리 사업의 지원으로 수행됐다. 연구 성과는 국제학술지 '트렌드 인 바이오테크놀로지(Trends in Biotechnology)' 온라인 판에 1월 9일자로 게재되며 학계와 산업계의 주목을 받고 있다.

이번 연구는 합성가스를 활용한 바이오 연료 및 화합물 대량 생산의 새로운 가능성을 열어 탄소 중립과 지속 가능한 에너지 생태계를 구축하는 데 크게 기여할 것으로 평가받고 있다.

※ 논문정보

- 논문명 : Acetogenesis to ethanologenesis: facilitating NADH oxidation via reductive acetate uptake

- 저널명 : Trends in Biotechnology

- 키워드 : acetogen, ethanologenesis, NADH oxidation, reductive acetogenesis

- 저 자 : 장인섭 교수(교신저자/GIST) 최인걸 교수(교신저자/고려대), 오소영 박사(제1저자/GIST) 정지영 박사(제1저자/GIST)

송기우 기자 kwsong@ekn.kr