최적 미생물 균주·대사공학 전략 제시… ‘바이오 제조 경쟁력’ 강화 기대이상엽 교수 “미생물 세포공장 설계, 친환경 바이오 제조 핵심 전략될 것”
  • ▲ 사진 왼쪽부터 생명화학공학과 이상엽 교수(위), 생명화학공학과 지홍근 박사과정(위), 생명화학공학과 김하림 박사과정.ⓒKAIST
    ▲ 사진 왼쪽부터 생명화학공학과 이상엽 교수(위), 생명화학공학과 지홍근 박사과정(위), 생명화학공학과 김하림 박사과정.ⓒKAIST
    KAIST 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 산업용 미생물 5종을 대상으로 235종의 화학물질을 친환경적으로 생산할 수 있는 ‘세포공장 설계도’를 완성했다. 

    이번 연구는 산업 현장에서 활용할 수 있는 최적의 균주 선정 가이드라인을 제시하고, 대사 경로를 확장해 기존 미생물 능력을 초과하는 높은 수율을 달성할 수 있는 전략을 담고 있어 주목된다.

    기후 위기와 화석연료 고갈이 심화하면서, 지속 가능한 바이오 제조 기술이 글로벌 산업계의 핵심 의제로 부상하고 있다. 

    이에 KAIST 연구팀은 대장균, 효모, 고초균, 코리네박테리움 글루타미쿰, 슈도모나스 푸티다 등 5종의 대표 산업용 미생물을 컴퓨터 시뮬레이션으로 분석해 각 미생물이 생산 가능한 화학물질의 최대 이론 수율과 실제 수율을 종합 평가했다.

    연구팀은 유전체 수준의 대사 모델을 활용해 생산 가능성을 수치화하고, 특정 화학물질 생산에 가장 적합한 균주를 선정할 수 있는 과학적 기준을 마련했다. 

    타 생물에서 유래한 효소 반응을 도입하거나 보조인자 교환을 통해 대사 경로를 확장함으로써 메발론산, 프로판올, 지방산, 아이소프레노이드 등 다양한 고부가가치 물질의 생산 수율 향상도 확인했다.

    KAIST 김기배 박사는 “이번 연구를 통해 기존의 한계를 뛰어넘는 새로운 미생물 세포공장을 설계할 수 있다는 가능성을 입증했다”며 “보다 경제적이고 효율적인 바이오 생산 공정 개발에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

    이상엽 교수는 “이번 연구는 대사공학 기반의 바이오 제조 원천기술로, 향후 친환경 화학물질 생산을 통한 한국 바이오 공급망의 경쟁력 강화에 기여할 수 있을 것”이라고 강조했다.

    이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 수행됐으며, 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 3월 24일 자에 게재됐다.