고려대, 미생물 대사전환 핵심기술 개발…합성가스 발효 미생물을 활용해 에탄올 생성

△초산(아세테이트)을 주 생산물로 생산하는 아세토젠에 대사 경로를 도입해 에탄올을 단일 산물로 생산하는 기술 개발 설명도 

탄소 중립 실현을 앞당길 수 있는 바이오 에너지를 대량 생산할 수 있는 길이 열렸다.

고려대학교 융합생명공학과 최인걸 교수 연구팀과 광주과학기술원(GIST) 환경·에너지공학부 장인섭 교수 연구팀이 합성가스와 C1 가스 미생물 발효 상용화를 위해 필요한 단일 화합물 생성, 고급화 기술을 개발했다고 지난 14일(화) 밝혔다. 합성가스는 천연가스와 달리 인공적으로 만든 가스로, 바이오매스나 폐기물의 가스화 또는 산업 공정에서 발생하는 부생가스를 활용해 지속적으로 확보할 수 있다.

본 연구 결과는 국제학술지 트렌드 인 바이오 테크놀로지(trends in Biotechnology)에 지난 1월 9일(목) 온라인 게재됐다. 

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

*DOI : https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2024.11.008

합성가스 발효는 탄소 중립 실현을 도울 수 있는 유망 기술로 꼽힌다. 바이오 연료나 바이오 화합물로서 경제적 가치가 높은 초산과 에탄올, 부티르산, 부탄올 등을 만들 수 있다.

문제는 합성가스나 C1 가스 발효를 도울 균주다. 기존의 기술로는 미생물 생장 저하와 생산성 저하 같은 문제점을 해결할 수 없어서 상용화가 쉽지 않았다.

연구팀은 이산화탄소를 흡수해 대사물질인 아세트산을 만들어내는 미생물 아세토젠의 발효 특성을 활용해 문제를 풀었다. 아세토젠은 이산화탄소나 일산화탄소와 같은 탄소원자(C1) 기반 기체를 아세트산으로 전환할 수 있는 미생물이다.

연구팀은 이 아세토젠에 에탄올 대사 경로를 도입해 기존 대사 경로를 이용해 아세트산을 만드는 과정인 ‘아세토제네시스’에서 에탄올을 단일 생산할 수 있는 ‘에탄올로제네시스’로 대사 전환을 시켰다. 

개발된 균주는 미생물 발효 과정에서 혼합 산물이 생성되는 기존 한계를 극복하고, 단일 화합물 생산이라는 중요한 진전을 이루어 냈다. 이는 지속 가능한 바이오 에너지 생산의 핵심 기술로 주목받을 것이며, 경제적이고 친환경적인 바이오에너지 대량 생산 가능성을 크게 높일 것으로 기대된다.

이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구사업(선도연구, 중견연구, C1 가스리파이너리) 지원과 한국에너지기술평가원 신재생에너지핵심기술사업 지원으로 진행됐다. 

[그림 1] 

[그림 1] 설명 : (왼쪽부터) 고려대 융합생명공학과 최인걸 교수(교신저자), GIST 환경에너지공학부 장인섭 교수(교신저자), GIST 오소영 박사(제1저자), GIST 정지영박사(제1저자)