[DEBUG-WINDOW 처리영역 보기]
즐겨찾기  |  뉴스레터  |  오늘의 정보  |  e브릭몰e브릭몰 회원가입   로그인
BRIC홈 동향
스폰서배너광고 안내  배너1
전체보기 Bio통신원 Bio통계 BRIC View BRIC이만난사람들 웹진(BioWave)
목록
조회 789  인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
바이오통신원   
30억년 전 등장한 시아노박테리아로 이산화탄소 줄인다
생명과학 성균관대학교 (2020-01-29 13:56)

성균관대학교는 식품생명공학과 우한민 교수 연구팀이 대사공학기술을 활용하여 태양광과 이산화탄소로부터 실생활은 물론 다양한 화학공업에 쓰이는 광합성 아세톤을 직접 생산할 수 있는 기술을 세계 최고 수준으로 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 광합성을 통해 산소를 배출하고 이산화탄소를 고정화하는 ‘시아노박테리아’에 주목했다. 흔히 남조류라고 부르는 시아노박테리아는 원시 지구에 산소를 만들어 낸 것으로 알려진 미생물로 30억년 동안 진화해왔다.

연구팀은 유전자 재조합 기술을 이용하여 특정 유전자를 삽입함으로써 대사회로의 병목구간으로 존재하는 필수 피루브산 탈수소효소를 우회하는 합성대사경로를 도입하여 인공 시아노박테리아를 개발하였다. 이로써 30억년이라는 기나긴 진화의 시간 없이도 이산화탄소로부터 직접 광합성을 아세톤을 생산할 수 있게 되었다.

인공 시아노박테리아는 이산화탄소를 전환하기 위한 핵심대사경로를 포함하고 있어, 아세톤 이외에 다양한 석유화학대체 물질 생산을 위한 핵심기술 요소로 사용될 수 있고, 미래에 이산화탄소로부터 직접 고분자 물질을 합성할 수 있을 것으로 기대된다.

이는 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 활용하여 기존의 석유화학제품을 대체할 수 있는 이산화탄소활용(Carbon Capture and Utilization, CCU) 원천기술을 개발하였다는데 큰 의의가 있다.

우한민 교수(교신저자)는 “이번 연구는 지구온난화 등 기후 변화에 대응하고, 이산화탄소를 활용하여 지속가능한 아세톤 생산과 미래 태양광-바이오리파이너리* 기술 개발의 방향을 제시하였다”고 밝혔다.
    * 오일리파이너리와 대응되는 용어로, 바이오기술을 통하여 다양한 화학제품을 생산할 수 있는 기술

본 연구는 과학기술정보통신부 「한국 이산화탄소포집및처리(Korea CCS) 2020사업」과 「중견연구사업」 지원을 통해 수행되었으며, 플랜트 바이오테크놀로지 저널(Plant Biotechnology Journal)에 1월 20일(월) 온라인 게재되었다. 

논문명
Metabolic rewiring of synthetic pyruvate dehydrogeanse bypasses for acetone production in cyanobacteria (doi:10.1111/pbi.13342)
시아노박테리아 내 아세톤 생산을 위한 인공 피루브산 탈수화 효소 우회 경로의 대사 재배선
저자정보

제1저자, 이현정 박사 (성균관대학교 바이오파운드리연구센터)
교신저자, 우한민 교수 (성균관대학교 식품생명공학과, 바이오파운드리연구센터)

연구 배경
ㅇ 글로벌 기후 변화 대응의 일환으로 국제적으로 합의된 COP21에 근거하여 적극적인 이산화탄소의 저감 노력이 필요하며, 기존 발생된 이산화탄소의 포집 및 저장 기술(CCS기술) 개발이 본격적으로 논의되고 있다. 특히, CCS기술에서 이산화탄소 저장과 함께 적극적으로 이산화탄소를 전환할 수 있는 기술이 대두되고 있다.
ㅇ 현재 화학적으로 이산화탄소와 태양광만을 이용하여 고탄소 화합물을 선택적으로 생산하는 공정은 존재하지 않는다. 반면, 시아노박테리아 및 미세조류는 자연계 태양광과 이산화탄소만을 이용하여 산소를 만들고 세포성장을 한다. 다만, 30억년 진화의 과정을 통하여 세포성장만을 그 목적으로 하였다. 따라서 자연계에 존재하는 이산화탄소 고정화 능력에 유전공학기술을 도입하여, 적극적으로 이산화탄소를 전환하는 기술이 필요하다.
ㅇ 따라서 이산화탄소의 저감 및 활용을 위해, 광합성 미생물인 시아노박테리아에 유전공학기술을 도입하여, 오랜 시간 진화의 기다림 없이 이산화탄소에서 선택적으로 석유화학대체 유용한 물질을 생산할 수 있는 기술이 필요하다.

연구 내용
ㅇ 본 연구는 대사공학 기술을 이용하여, 이산화탄소에서 선택적으로 아세톤을 생산할 수 있는 대사경로를 제시하였고, 오랜 시간 동안 진화의 결과물로 얻어진 필수 피루브산 탈수소화효소를 우회하는 인공대사경로를 도입하여, 태양광과 이산화탄소만을 이용하여 광합성 아세톤을 극대화시키는 연구를 수행하였다.
ㅇ 기존의 연구는 태양광과 이산화탄소로 시아노박테리아에서 아세톤을 생산하지 못했으며, 초기 광합성 아세톤 생산연구에서는 그 수준이 미미하였다. 본 연구에서는 세포 대사 내에 존재하는 필수 피루브산 탈수소화단계를 아세톤 생산의 핵심반응율속단계로 규명하고, 이산화탄소부터 우회할 수 있는 인공 아세트알데히드-아세트산 반응경로를 도입하여, 필수 반응율속단계를 극복했다. 이를 통해 이산화탄소만으로 광합성 아세톤을 세계 최고 수준으로 생산하는 연구결과를 도출하였다.
ㅇ 광합성 아세톤 생산 시 아세트알데히드-아세트산 경로를 확인하고 검증하기 위해, 합성생물학기술과 대사공학 전략을 이용하여 모듈화된 유전자 발현 시스템을 구축하고, 다양한 유전자를 합성 및 발현시켜, 본 연구팀에서 제시한 반응경로가 효과적임을 제안하였다.
ㅇ 또한 생화학적 분석을 통하여 아세트알세히드-아세트산 경로의 반응중간물질의 상대값을 분석하고, 그 반응경로가 실제 광합성 아세톤생산과 일치하는 경향을 검증하였다.
ㅇ 향후 인공 시아노박테리아의 이산화탄소로부터 광합성 아세톤 생산량을 높임과 동시에 아세트알데히드-아세트산 경로를 이용하여 진화 과정 없이 빠른 시간에 다양한 석유화합물을 대체할 수 있는 연구가 가능할 것으로 판단된다.
기대효과
ㅇ 석유화학제품을 친환경 바이오화학제품으로 대체할 경우, 석유자원 사용량은 최대 65% 감축 및 이산화탄소 발생량 최대 67% 저감이 가능하다. ※ (한국과학기술기획평가원, 석유대체 친환경 바이오화학 산업정책 동향 및 R&D 이슈, 2012년)
ㅇ 따라서, 본 연구결과를 통하여 인공 시아노박테리아를 이용하여 이산화탄소로부터 석유화학제품 대체 아세톤을 생산하였으며, 추가 균주개발 및 공정최적화, 스케일-업 과정을 거쳐 태양광-이산화탄소기반 고효율 아세톤생산이 가능할 것으로 기대된다.
ㅇ 또한 최근 유전자편집기술(유전자 가위 기술 등)이 급속하게 발전되고 있어, 반응율속단계를 극복하고 이산화탄소의 고정화 능력 및 광합성 효율을 향상시켜, 기존의 균주보다 우수한 균주를 개발 수 있을 것으로 판단된다. 동시에 새로운 대사반응경로를 확보하여, 이산화탄소 저감을 목표로 석유화학제품을 대체할 수 있는 다양한 인공 시아노박테리아가 개발될 것으로 판단된다.
ㅇ 궁극적으로 인공 시아노박테리아를 이용한 쏠라-바이오리파이너리 기술을 적극적인 탄소자원화기술의 한 분야로 개발하고 사업화하여, 우리나라 온실가스 감축목표 전망치 (BAU) 대비 37% 감축 목표 달성을 위해 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

유전공학기술과 대사공학기술을 이용하여 시아노박테리아에서 진화로 굳어진필수 피루브산 탈효소 경로를 우회하여 신규 인공 아세트알데히드-아세트산 경로를 개발하여 이산화탄소로부터 광합성 아세톤을 생산하였다
유전공학기술과 대사공학기술을 이용하여 시아노박테리아에서 진화로 굳어진필수 피루브산 탈효소 경로를 우회하여 신규 인공 아세트알데히드-아세트산 경로를 개발하여 이산화탄소로부터 광합성 아세톤을 생산하였다. 이를 통하여 이산화탄소와 빛에너지로부터 석유화합물을 대체할 수 있는 다양한 화합물 및 바이오연료를 생산의 가능성을 제시하였다.

 

  추천 0
  
인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
  
본 기사는 네티즌에 의해 작성되었거나 기관에서 작성된 보도자료로, BRIC의 입장이 아님을 밝힙니다. 또한 내용 중 개인에게 중요하다고 생각되는 부분은 사실확인을 꼭 하시기 바랍니다. [기사 오류 신고하기]
 
  댓글 0
등록
에스엘에스바이오
연구정보중앙센터
위로가기
동향 홈  |  동향FAQ  |  동향 문의 및 제안
 |  BRIC소개  |  이용안내  |  이용약관  |  개인정보처리방침  |  이메일무단수집거부
Copyright © BRIC. All rights reserved.  |  문의 member@ibric.org
트위터 트위터    페이스북 페이스북   유튜브 유튜브    RSS서비스 RSS
에펜도르프코리아