한국생명공학연구원(이하 생명연)은 합성생물학연구센터 신종혁 박사가 미국 일리노이 대학 어바나-샴페인 캠퍼스 진용수, 팅루 교수팀과 공동연구로 합성생물학 생태계를 이용해 보다 효율적인 바이오연료 생산기술을 개발했다고 27일 밝혔다.
군집을 이뤄 생태계를 구축하는 미생물은 역할분담과 상호작용으로 단독으로 있을 때 보다 우수한 기능을 발휘하며 극한 환경에서 살아남을 수 있고, 단일 균주가 소비하기 어려운 탄소원을 소비하며 산업적 이용가치를 높여주기도 한다.
최근 기후변화 우려로 바이오매스에서 친환경 바이오연료를 생산하는 생물 발효와 바이오화합물을 생산하는 세포공장 등의 바이오에너지 기술에 대한 관심이 높다.
미생물을 산업적으로 활용하는 합성미생물 생태계를 구축하기 위해서는 자연계 미생물 생태계 모사전략이 중요하다.
하지만 합성미생물 생태계 내 미생물 간 역할을 분담하고 상호작용을 유발하는 체계적 설계방법이 아직 개발되지 않아 활용에 한계가 있었공동연구팀은 미생물 생태계에서 효모 균주 간 역할분담을 최적화 해 원하는 기능을 수행할 수 있는 합성미생물 생태계 플랫폼을 개발하는 데 성공했다.
연구팀은 목질계 바이오매스에 풍부하게 존재하는 글루코스와 자일로스를 소비하는 전문 균주 9종을 제작, 이를 혼합해 미생물 생태계를 구축했다.
미생물 생태계 내 글루코스 전문 효모, 자일로스 전문 효모의 수학적 모델링. 한국생명공학연구원 또 구성 균주의 시작 농도를 바꿔 특정 당의 소비속도를 세밀하게 조절할 수 있고, 구성 균주의 접종시간을 조절해 에탄올 때문에 저해 받는 자일로스 발효 효율을 최적화할 수 있는 플랫폼을 마련했다.
아울러 효모 균주가 서로 역할을 분담해 복합당을 보다 효율적으로 발효하는 모델도 개발했다.
이를 통해 공동연구팀은 자일로스가 먼저 발효되도록 바이오매스 발효 프로세스를 개선해 바이오연료 생산량을 2배 이상 증가시켰다.
신 박사는 “기존 미생물 생태계는 균주 간 역할분담 조절의 어려움으로 산업적으로 응용되기 어려웠다”며 “이번 연구는 미생물 생태계의 산업적 적용 가능성을 제시하고, 나아가 합성미생물 생태계를 이용해 고부가 화합물을 생산하는 혁신 플랫폼이 될 것”이라고 말했다.
