메탄 대신 '메탄올' 먹은 미생물, 자원 더 잘 만든다

UNIST, 메탄자화균의 새로운 대사경로 찾아
온실가스 메탄, 고부가가치로 만드는 기술 초석
메탄 대신 메탄올을 먹이로 삼은 미생물이 유용한 물질을 더 많이 생성한다는 연구 결과가 나왔다.

UNIST(총장 직무대행 이재성)는 김동혁 교수팀이 메탄자화균 '마이크로븀 알칼리필럼 20Z(M. alcaliphilum 20Z)'의 대사경로를 찾았다고 21일 밝혔다. 

생물은 필요한 물질을 합성 또는 분해하면서 에너지를 얻는 물질대사를 끊임 없이 수행한다. 물질대사가 일어나는 화학 변화의 순서를 대사경로(대사과정)라고 한다.

마이크로븀 알칼리필럼 20Z도 탄소공급원인 탄화수소를 먹고 유용한 물질을 만든다. 여기서 탄소공급원을 메탄에서 메탄올로 바꾸면 미생물의 전체 대사과정에 변화가 생긴다.

김동혁 교수는 "메탄은 산업용 폐가스, 낙농업, 셰일가스 추출 과정에서 다량으로 방출되고 있다"며 "메탄을 고부가가치 물질로 만들기 위해서는 메탄을 소모하는 메탄자화균의 대사과정을 정확히 이해해야 한다"고 말했다.

메탄자화균의 대사과정을 알아내면 미생물의 유전자를 조작해 대사경로를 조절할 수 있다. 메탄이나 메탄올을 원료로 활용해 원하는 물질을 얻어낼 수 있다는 의미다.

연구팀은 메탄자화균이 탄소공급원으로 메탄올을 이용할 경우, 메탄을 이용할 때보다 많은 포름산을 만들어내는 현상을 발견했다. 메탄을 메탄올로 변환하는 화학반응에 사용되는 조효소(NADH) 양이 달라지면 전체 에너지·탄소 대사에 차이가 생기고 생성되는 화합물도 달라진다.  

공동 1저자인 박준영 연구원은 "메탄올을 탄소공급원으로 사용할 때는 전체 생산물의 25% 정도가 포름산이었다"며 "메탄을 메탄올로 변환하는 '메탄 모노옥시게나아제'의 사용여부가 아니라 전체 대사과정의 변화 때문에 나타나는 현상"이라고 설명했다.

탄소공급원에 따른 대사 생성물 변화. 마이크로븀 알칼리필럼 20Z(M. alcaliphilum 20Z)의 탄소공급원이 메탄올일 때 메탄과 다르게 대량의 포름산을 생성했다. <자료=UNIST 제공>탄소공급원에 따른 대사 생성물 변화. 마이크로븀 알칼리필럼 20Z(M. alcaliphilum 20Z)의 탄소공급원이 메탄올일 때 메탄과 다르게 대량의 포름산을 생성했다. <자료=UNIST 제공>

연구팀은 유전체 수준의 컴퓨터 모델링을 이용해 메탄자화균의 대사 변화를 알아냈다. 메탄자화균의 대사과정은 경우의 수가 많아 복잡하지만, 컴퓨터 모델링이 탄소의 흐름을 보여줬다.

김 교수는 "지금까지 잘 알려지지 않았던 M. alcaliphilum 20Z의 탄소공급원에 따른 대사경로의 차이는 메탄가스로 인한 환경문제를 해소하는 데 기여할 것"이라며 "이 미생물로 부가가치가 높은 물질을 생산하기 위한 후속 연구를 준비 중"이라고 말했다.

그는 "단일 탄소 물질(C1)이면서 저렴한 메탄올은 메탄보다 용해도가 높고 생물반응기에서 공급과 제어가 쉽다"며 "메탄올을 메탄자화균의 먹이로 쓰는 시스템을 개발할 경우 경제적인 이점이 상당할 것"이라고 덧붙였다.

이번 연구에는 경희대 이은열 교수팀이 참여했다. 연구 결과는 메타볼릭 엔지니어링(Metabolic engineering) 10월 15일 자 온라인판에 실렸다.

연구팀은 마이크로븀 알칼리필럼 20Z를 유전체 수준으로 재연한 다음, 소비하는 탄소공급원에 따른 시뮬레이션을 통해 탄소의 흐름을 예측했다. <그림=UNIST 제공>연구팀은 마이크로븀 알칼리필럼 20Z를 유전체 수준으로 재연한 다음, 소비하는 탄소공급원에 따른 시뮬레이션을 통해 탄소의 흐름을 예측했다. <그림=UNIST 제공>
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