유전자 조작으로 3개 표적 유전자 억제·부산물 제거 성공
균주의 포도당 섭취 효율 높여 기존보다 6.17배 고농도 생산
(서울=내외방송) 포도당을 먹이로 하는 미생물을 활용해 나일론을 생산할 수 있는 친환경 기술이 개발됐다.
KAIST(한국과학기술원)는 "이상엽 생명화학공학과 특훈교수 연구팀의 한태희 박사가 '나일론-5의 단량체인 발레로락탐을 생산하는 미생물 균주 개발'에 성공했다"고 10일 밝혔다.
발레로락탐은 나일론-5(탄소 5개로 이뤄진 고분자)와 나일론6,5(탄소 6개와 5개짜리로 이뤄진 고분자)의 중요한 단량체(하나의 화합물)다.
나일론-5와 나일론6,5는 가볍고 질기다는 특성으로 의류나 어망, 텐트 등에 널리 활용되고 있는 합성섬유인 나일론의 일종이다.
발레로락탐은 유해한 폐기물을 생산한다는 문제점이 있다.
연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 미생물의 대사회로(효소 촉매 반응)를 조작하는 대사공학 기술을 이용해 친환경적이면서도 고효율적인 발레로락탐을 생산하는 미생물 세포 공장을 개발했다.
대사공학으로 아미노산(단백질의 기본 구성단위) 생산에 주로 사용되는 세균인 코리네박테리움에 발레로락탐을 생산하고 합성할 수 있는 대사회로를 구축했다.
연구팀은 발레로락탐의 전구체(화학 반응에 참여하는 물질)인 라이신을 과생산하도록 조작한 '코리네박테리움 글루타미쿰 GA16' 균주에 외래 유전자들로 구성된 발레로락탐 생산경로를 구축했다.
발레로락탐 생산 대사 흐름을 강화하기 위해 유전자 발현 억제 기술인 sRNA를 도입했고, 3개의 표적 유전자 억제에 성공해 발레로락탐 생산 능력을 향상시켰다.
부산물을 제거하기 위해 전구체인 5-아미노발레르산을 발레로락탐으로 전환하는 유전자를 조작해 게놈(유전 정보)에 여러 번 삽입해 부산물을 모두 없애는 데 성공했다.
또, 균주의 포도당 섭취 효율을 증가시켜 발레로락탐을 기존보다 6.17배 만큼 높은 농도로 생산하는 방법을 알아냈다.
바이오매스(생물의 덩어리)인 포도당을 탄소원(미생물의 영양원)으로 사용해 고부가가치의 발레로락탐을 생산하는 미생물 균주가 탄생한 것이다.
한 박사는 "이번 기술을 활용해 미생물 기반 바이오 고분자 산업이 석유화학 기반 화학산업을 대체하는 데 한 단계 앞으로 나아갈 수 있을 것"이라고 말했다.
한편, 과학기술정보통신부 등의 지원을 받아 수행된 이 연구는 국제학술지인 '대사공학지(Metabolic Engineering)'에 최근 게재됐다(논문명: Metabolic engineering of Corynebacterium glutamicum for the high-level production of valerolactam, a nylon-5 monomer).
