새로운 유전자 조작 목재는 탄소를 저장하고 배출을 줄일 수 있습니다.

메릴랜드 대학의 연구원들은 화학 물질이나 에너지 집약적인 가공을 사용하지 않고 고성능의 구조용 목재를 생산하기 위해 포플러 나무를 유전자 변형했습니다. 전통적인 목재로 제작된 엔지니어링 목재는 종종 강철, 시멘트, 유리, 플라스틱과 같은 전통적인 건축 자재를 대체할 수 있는 재생 가능한 대체재로 간주됩니다. 또한 열화에 저항할 수 있어 기존 목재보다 더 오랫동안 탄소를 저장할 수 있어 탄소 배출을 줄이는 데 유용합니다.

그러나 공학목재의 진정한 지속가능성을 가로막는 장애물은 휘발성 화학물질과 상당한 양의 에너지를 사용한 가공이 필요하고 상당한 폐기물이 발생한다는 것입니다. 연구자들은 살아있는 포플러 나무에서 하나의 유전자를 편집한 후 가공 없이 공학용 목재를 재배했습니다.

해당 연구는 2024년 8월 12일 Journal에 온라인으로 게재되었습니다.

UMD의 식물 과학 및 조경학과 교수인 Yiping Qi는 "우리는 탄력 있는 슈퍼 목재 형태로 탄소를 지속 가능하게 격리하고 저장하기 위해 유전 공학과 목재 공학을 결합한 혁신적인 접근 방식을 선보이게 되어 매우 기쁩니다."라고 말했습니다. 해당 연구의 교신 저자는 "탄소 격리는 기후 변화에 맞서 싸우는 데 매우 중요하며 이러한 가공 목재는 미래 바이오경제에서 많은 용도를 찾을 수 있습니다."라고 말했습니다.

목재를 강철이나 콘크리트를 대체할 수 있는 강도나 UV 저항성과 같은 구조적 특성을 부여하기 위해 처리하려면 먼저 목재의 주요 구성 요소 중 하나인 리그닌을 제거해야 합니다.

이전에 UMD 연구자들은 다양한 화학물질을 사용하여 리그닌을 제거하는 방법을 성공적으로 개발했으며 다른 연구자들은 효소와 마이크로파 기술의 사용을 탐구했습니다. 이 새로운 연구를 통해 Qi와 그의 동료들은 화학 물질에 의존하지 않고, 화학 폐기물을 생성하거나 많은 양의 에너지에 의존하지 않는 방법을 개발하려고 했습니다.

연구자들은 4CL1이라는 핵심 유전자를 제거하기 위해 염기 편집이라는 기술을 사용하여 야생형 포플러 나무보다 리그닌 함량이 12.8% 낮은 포플러를 재배할 수 있었습니다. 이는 공학목재 제품 가공에 사용되는 화학적 처리와 유사합니다.

Qi와 그의 동료들은 6개월 동안 온실에서 변형되지 않은 나무들과 녹아웃 나무를 나란히 키웠습니다. 그들은 수정된 나무와 수정되지 않은 나무 사이의 성장률에는 차이가 없고 구조에는 큰 차이도 없음을 관찰했습니다.

유전자 변형 포플러의 생존 가능성을 테스트하기 위해 재료 과학 및 공학 교수인 Liangbing Hu가 이끄는 팀은 이를 사용하여 가구를 만드는 데 자주 사용되는 파티클 보드와 유사한 고강도 압축 목재의 작은 샘플을 생산했습니다.

압축목재는 나무를 진공 상태에서 물에 담근 후 원래 두께의 거의 1/5이 될 때까지 열간 압착하여 만듭니다. 이 과정은 목재 섬유의 밀도를 증가시킵니다. 천연목재에서 리그닌은 세포가 구조를 유지하도록 돕고, 세포가 압축되는 것을 방지합니다. 화학적으로 처리되거나 유전자 변형된 목재의 리그닌 함량이 낮기 때문에 세포가 더 높은 밀도로 압축되어 최종 제품의 강도가 증가합니다.

유전자 편집 나무의 성능을 평가하기 위해 팀은 처리되지 않은 목재와 리그닌 함량을 줄이기 위해 전통적인 화학 공정으로 처리한 목재를 사용하여 천연 포플러에서 압축 목재를 생산했습니다.

그들은 압축된 유전자 변형 포플러가 화학적으로 처리된 천연 목재와 동등한 성능을 발휘한다는 것을 발견했습니다. 둘 다 압축되고 처리되지 않은 천연 목재보다 밀도가 높고 1.5배 이상 더 강했습니다.

압축된 유전자 변형 목재는 알루미늄 합금 6061 및 화학적으로 처리된 압축 목재와 비슷한 인장 강도를 가졌습니다.

이 작업은 기후 변화와의 전쟁에서 중요한 역할을 할 수 있는 규모로 상대적으로 저렴하고 환경적으로 지속 가능한 방식으로 다양한 건축 제품을 생산할 수 있는 문을 열어줍니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/08/240812123203.htm