▲ 메탄자화균의 개량 및 이를 이용한 메탄 유래 라이신 및 카타베린 생산 전체 개념도 / 메탄은 온실가스의 주성분이며, 천연가스 및 바이오 가스의 주성분이다. 메탄 자화균을 이용한 메탄 기반 바이오 화학제품 생산은 매력적인 접근법이며, 설계- 구축-시험의 파이프라인은 메탄자화균 기반 메탄 바이오 전환 효율을 향상시킬 수 있다. 대사공학적으로 개량된 유형 II 메탄자화균, Methylosinus trichosporium OB3b를 가스 발효하여 메탄으로부터 라이신 또는 카다베린을 성공적으로 생산하였다. / 제공 : 경희대학교 이은열 교수   © 특허뉴스

최근 메탄의 생물학적 전환에 관한 연구가 활발한 가운데 메탄을 탄소원 및 에너지원으로 사용하는 메탄자화균이 주목받는 가운데, 한국연구재단은 경희대학교 화학공학과 이은열 교수 연구팀이 메탄에서 고부가가치 화학제품을 생합성하는 전략을 제시하고 해당 전략을 기반으로 메탄 유래 식품소재와 바이오플라스틱 원료를 생산하는 기술을 개발했다고 9일 밝혔다.

메탄은 이산화탄소와 함께 온실가스의 주요성분으로 꼽힌다. 양적으로는 이산화탄소가 우위에 있으나, 미국 환경보호청(EPA)에 따르면 20년 단위로 평가한 지구온난화지수 기준으로 메탄이 이산화탄소보다 온난화 효과가 84배 이상 강력하다.

메탄자화균은 상온·상압의 조건에서 메탄을 알코올, 유기산, 올레핀 및 바이오폴리머 등의 고부가가치 산물로 대사한다.

이에 연구팀은 메탄자화균 관련된 연구동향을 분석하고, 메탄자화균의 메탄 및 메탄올 대사, 메탄자화균에 사용된 시스템 생물학 및 합성생물학 접근법, 대사공학적 개량을 통한 메탄자화균의 화학물질 및 바이오 연료 생산을 위한 연구전략을 제시했다.

연구팀은 이러한 전략을 토대로 메탄과 이산화탄소를 동시에 동화할 수 있는 유형 II 메탄자화균의 개량에 성공하였다.

또 개량된 메탄자화균을 가스 발효하여 식품 및 사료 소재인 라이신과 바이오 나일론의 원료인 카다베린을 생합성할 수 있었다.

탁월한 내열성과 기계적 강도 덕분에 다양한 산업분야에서 활용 되는 나일론은 대부분 석유에서 생산된다. 보다 지속가능한 바이오 나일론 생산이 요구되는 가운데 석유 유래 나일론과 유사한 나일론을 만들 수 있는 원료인 카다베린을 온실가스로 부터 얻을 수 있는 실마리를 찾은 것이다.

온실가스이기도 하지만, 천연가스, 셰일가스, 바이오가스의 주성분으로 경제적인 탄소자원인 메탄을 환경친화적으로 활용할 수 있다면 기후변화대응 측면에서도 의미가 있을 것으로 기대된다.

과학기술정보통신부·한국연구재단이 추진하는 C1 가스리파이너리 사업의 지원으로 도출된 메탄자화균 플랫폼은 Cell Press에서 발행하는 Trends in Biotechnology 온라인판에 8월 19일 게재되었다.

한편 메탄 유래 라이신 및 카다베린 생산은 영국화학회가 발간하는 Green Chemistry에 9월 1일 온라인 게재되었으며 연구의 우수성을 인정받아 백커버(back cover) 논문으로 선정되었다.