부산물 생성 등으로 생산 효율성 감소하는 단점 극복
생산 농도 10배 향상하고, 미생물 공정 통한 상업적 생산 가능성 확인
(내외방송=정지원 기자) 고가의 향수의 원료로 사용되는 자스민 향과 일랑일랑 향을 석유를 통해서가 아닌, 미생물 공정을 통해 얻을 수 있게 됐다.
자스민 향은 자극적이지 않고 편안한 향으로, 일랑일랑 향은 사랑을 부르는 향으로 알려져 많은 사람들이 선호하는 향이다.
이처럼 꽃향기를 내는 향료는 대부분 식물에게서 추출할 수 있지만, 천연 추출법으로 향료 공급이 산업계의 주요를 충족하지 못할 경우 석유화학적인 방법으로 합성된 향료가 화장품이나 식품 제조에 사용되기도 한다.
26일 KAIST(한국과학기술원)에 따르면, 친환경적이면서도 지속가능한 방식인 미생물 공정을 통해 자스민 향과 일랑일랑 향을 생산하는 기술을 최초로 발표했다.
최경록 생물공정연구센터 연구교수와 이상엽 생명화학공학과 특훈교수가 발표한 '벤질아세테이트 생산을 위한 미생물 공정' 논문은 벤질아세테이트 화합물을 포도당과 같은 재생 가능한 탄소원으로부터 효과적으로 생산하는 방법을 담았다.
벤질아세테이트는 석유화학적인 방법으로 합성됐으며 자스민, 일랑일랑 향을 만드는 데 사용된다.
연구팀은 시스템 대사공학(화학산업을 대체하기 위해 미생물 세포공장을 효과적으로 개발하기 위한 연구 분야)을 활용해 벤질아세테이트를 생산하는 데 성공했다.
포도당에서 벤조산을 거쳐 벤질아세테이트를 생합성(세포의 작용을 통해 탄소를 포함한 유기물질을 합성)하는 대사 경로를 개발해 균주의 공생배양(두 종류 이상의 미생물을 혼합해 동시 배양)을 통해 벤질아세테이트를 생산하는 방법이다.
공생배양을 활용할 경우 벤조산(방부제 등으로 쓰임)을 벤질아세테이트로 전환하는 과정에서 이용되는 효소가 신나밀아세테이트라는 부산물을 생성해 최종 목표 화합물인 벤질아세테이트의 생산 효율이 감소한다는 문제점이 있었다.
연구팀은 이 문제를 극복하기 위해 효소를 활용한 발효 초반에 포도당에서 벤조산을 생산하는 상단 균주만 배양해 벤조산을 먼저 생산하고, 하단 균주를 뒤늦게 접종해 배양액 내 축적된 벤조산을 벤질아세테이트로 전환하는 '지연 공생배양 전략'을 고안했다.
이 전략을 통해 추가적인 개량 없이 부산물 생성을 억제하면서 목표 화합물의 생산 농도를 10배 이상 향상시킬 수 있었으며 미생물 공정을 통한 벤질아세테이트의 상업적 생산 가능성이 확인됐다.
이 특훈교수는 "미생물 균주 개발 중 고질적으로 필연적으로 발생하는 여러 문제를 해결하는 효과적인 전략 개발에도 힘쓴다면 석유화학산업의 친환경적이고 지속가능한 바이오산업으로의 전환을 더욱 앞당길 수 있을 것"이라고 말했다.
최경록 연구교수가 제1저자로 참여한 이번 연구는 과학기술정보통신부 등의 지원을 받아 수행됐으며 국제학술지 '네이처 화학공학(Nature Chemical Engineering)'에 최근 온라인 게재됐다(논문명: A microbial process for the production of benzyl acetate).
