국내 연구진이 세계 최초로 대사공학적으로 개발된 미생물을 이용해 바이오매스(폐목제, 목초 등)로부터 가솔린(휘발유)을 생산하는 원천기술을 개발했다.

아직 580.8㎎/ℓ 수준으로 생산성이 낮고, 본격적인 공정화 연구가 가능한 30g/ℓ 수준이 되려면 기술 기발이 필요하지만 원유가 아닌 바이오매스에 가솔린을 얻었다는 것만으로도 과학적 가치가 높다.

미래창조과학부는 글로벌프론티어사업의 차세대 바이오매스 연구단과 기후변화대응 기술개발사업의 지원으로 이상엽 카이스트 특훈 교수팀이 이같은 기술을 개발해 30일 네이처(Nature) 온라인판에 게재했다고 밝혔다. 논문명은 'Microbial production of short-chain alkanes'다.

이 신기술은 나무 찌꺼기, 잡초 등 비식용 바이오매스를 이용해 가솔린, 디젤과 같은 바이오연료와 플라스틱과 같은 기존 석유화학제품을 생산할 수 있다. 본격적인 산업화에 이르기까지는 아직 수율이 낮은 단점이 있지만 꾸준한 기술개발을 통해 산업화까지도 이뤄낸다는 계획이다.

연구팀은 세포의 유전자를 조작해 원하는 형태의 화합물을 대량으로 생산하도록 하는 기술인 '대사공학'을 이용해 크래킹(cracking) 없이 세계 최초로 미생물에서 직접 사용가능한 가솔린을 생산하는데 성공했다.

이미 지난 2010년 미국의 한 벤처업체가 미생물 이용해 바이오 디젤을 생산한 바 있다. 이는 Bio-Alkane(배양액 1리터당 약 300mg)으로 탄소 사슬 길이가 13~17개인 롱체인 알케인이다.

그러나 이번에 연구팀이 개발한 것은 가솔린으로 탄소수가 4~12개로 이루어진 짧은 사슬길이의 숏체인 알케인이다. 기존 롱체인 알케인 기술은 크래킹(cracking) 과정을 거치지 않고는 가솔린으로 전환할 수 없어 추가적인 비용과 시간이 많이 소요된다.

또 기존에 개발한 롱체인 알케인은 디젤로만 활용이 가능하나 이번 숏체인 알케인은 가솔린뿐 아니라 바이오 연료, 생분해성 플라스틱 등과 같은 다양한 바이오 화합물을 생산할 수 있는 플랫폼 기술이 될 수 있을 것으로 전망된다.

또 재생 가능한 바이오매스를 전환해 바이오 연료, 계면활성제, 윤활유 등으로 이용할 수 있는 알코올(Fatty alcolols)과 바이오 디젤(Fatty ester)도 생산이 가능하다.

연구팀은 이번 연구에서 대사공학기술을 미생물에 적용해 지방산 합성을 저해하는 요소를 제거하고 지방산의 길이를 원하는 목적에 맞게 조절할 수 있는 효소를 새롭게 발견했다. 이를 통해 미생물에서 생산하기 어려운 길이가 짧은 길이의 지방산 생산에 성공했다.

이 지방산 유도체로부터 가솔린을 생산할 수 있는 '추가 대사반응'과 생물체 내에 존재하지 않는 식물 유래의 신규 효소를 포함하는 '합성대사경로'를 도입해 최종 대장균 생산균주를 개발했다. 이렇게 개발된 대장균을 배양해 배양액 1리터당 약 580mg의 가솔린을 생산하는데 성공했다.

이상엽 교수는 "비록 생산 효율은 아직 매우 낮지만 미생물을 대사공학적으로 개량해 가솔린을 처음으로 생산하게 돼 매우 의미있는 결과"라며 "향후 가솔린의 생산성과 수율을 높이는 연구를 계속할 예정"이라고 밝혔다.