코로나19 팬데믹 시대를 지나면서 플라스틱 폐기물이 급증해 전 세계가 골머리를 앓고 있다. 분해되지 않는 플라스틱 때문에 생태계에 악영향을 끼칠 것이 분명하기 때문이다. 이런 가운데, 국내 연구진이 기존 페트병을 대체할 생분해 플라스틱을 미생물로 만드는 방법을 개발해 주목받고 있다.

카이스트 생명화학공학과 이상엽 특훈교수팀은 시스템 대사공학으로 페트병 대체 유사 방향족 폴리에스터 단량체를 고효율로 생산할 수 있는 미생물 균주 개발에 성공했다고 7일 밝혔다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 국제 학술지 ‘PNAS’에 실렸다.

유사 방향족 다이카복실산은 고분자로 방향족 폴리에스터(PET·페트)보다 물성이 좋고 생분해성이 높아 친환경 고분자 단량체로 주목받고 있다. 문제는 화학 합성할 경우 생산 수율이 낮고 복잡한 반응조건이 필요하며, 유해 폐기물이 만들어진다는 점이다.

이에 연구팀은 대사 물질의 생산경로를 조작해 목적하는 물질 생산을 최적화하는 대사공학과 시스템생물학, 합성생물학, 진화공법 등을 융합해 미생물 대사를 재설계해 목표하는 화학물질을 대량생산할 수 있는 시스템 대사공학을 활용했다. 연구팀은 아미노산 생산에 주로 사용되는 세균인 코리네박테리움에서 ‘2-피론-4,6-다이카복실산’과 피리딘 다이카복실산 4종(2,3-, 2,4-, 2,5-, 2,6-피리딘 다이카복실산)을 포함한 5종 유사 방향족 다이카복실산을 고효율로 생산하는 미생물 균주를 개발했다.

그 결과, 2,4-, 2,5-, 2,6-피리딘 다이카복실산을 세계 최고 농도로 생산하는 데 성공했다. 특히 2,4-, 2,5-피리딘 다이카복실산은 기존에 극미량(㎎/ℓ) 생산되던 것을 g/ℓ 규모로 생산할 수 있게 됐다. 실제로 미생물을 이용해 2-피론-4,6-다이카복실산은 76.17g/ℓ을 생산했고, 3종의 피리딘 다이카복실산 생산 대사회로를 신규 발굴 및 구축해 2.79g/ℓ의 2,3-피리딘 다이카복실산, 0.49g/ℓ의 2,4-피리딘 다이카복실산, 1.42g/ℓ의 2,5-피리딘 다이카복실산을 생산하는 데 성공했다. 또, 2,6-피리딘 다이카복실산은 15.01g/ℓ을 생산할 수 있게 됐다.

연구를 이끈 이상엽 특훈교수는 “이번 연구는 미생물을 기반으로 유사 방향족 폴리에스터 단량체를 고효율로 생산하는 친환경 기술을 개발했다는 점에 의의가 있다”며 “이번에 활용한 방법은 다양한 폴리에스터 생산 산업공정으로의 응용이 기대되며, 유사 방향족 폴리에스터 생산에 관한 연구에도 적극 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.