카이스트, 바이오매스서 의약품 원료 ‘일차아민’ 전환 성공

총 12가지 짧은 탄소길이의 일차아민들 생산을 위해 구축된 생합성 경로들[사진 = 카이스트]

‘일차 아민’을 목재 같은 바이오매스에서 얻을 수 있는 미생물 균주가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 아직까지 의약품 및 농약품들의 전구체로 널리 사용되는 짧은 탄소길이를 갖고 있는 일차 아민들의 생산은 보고된 바가 없었다.

석유화학에서만 얻을 수 있는 일차 아민을 바이오매스를 통해 생산할 수 있다는 가능성을 세계 최초로 제시했다는 데 의미가 있다.

카이스트(KAIST)는 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 ‘비식용 바이오매스를 여러 가지 짧은 길이의 일차 아민들로 전환하는 미생물 균주 개발’에 성공했다고 11일 밝혔다.

지금까지 일차 아민들을 생산하는 균주들이 개발되지 못한 가장 큰 이유는 생합성 대사회로의 부재였다. 이러한 문제를 해결하기 위해 역 생합성 시뮬레이션을 통해 모든 가능한 대사경로들을 예측했다. 그 후 전구체 선택과정을 통해 가장 유망한 대사회로들을 선정했다.

이렇게 디자인된 신규 대사회로들을 실제 실험을 통해 검증했으며 이를 통해 10가지 종류의 다른 짧은 길이의 일차 아민들을 생산하는 대장균 균주들을 최초로 개발하는 데 성공했다.

대표적인 일차 아민들을 선정해 폐목재, 잡초 등 지구상에서 가장 풍부한 바이오매스의 주원료인 포도당을 단일 탄소원으로 사용한 생산과 시스템 대사공학을 통한 생산량 증대를 보임으로써 바이오 기반 생산의 가능성을 보여줬다.

이번 연구에서 활용된 역 생합성과 전구체 선택과정을 같이 사용한 전략은 짧은 탄소 길이를 가진 일차 아민뿐만 아니라 다른 그룹의 여러 가지 화학물질들을 동시에 생산하는 대사회로들을 구축하는 데도 유용하게 쓰일 것으로 예상된다.

이상엽 특훈교수는 “이번 연구는 지금까지 석유화학 산업 기반으로만 생산할 수 있었던 짧은 탄소 길이를 가진 일차 아민들을 재생 가능한 바이오 기반 화학산업을 통해 생산할 가능성을 세계 최초로 제시한 점에 의의가 있다”며 “앞으로 더 많은 연구를 통해 생산량과 생산성을 증대시킬 계획이다”라고 밝혔다.

이번 연구결과는 국제적인 학술지인 ‘네이쳐 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 게재됐다.