연구팀, PET병 대체 미생물 플라스틱 개발 성공

현재 전 세계는 플라스틱 폐기물로 인한 환경 문제로 어려움을 겪고 있습니다. KAIST 연구진은 생분해성이고 기존 PET 병을 대체할 수 있는 미생물 기반 플라스틱을 생산하는 데 성공해 화제가 되고 있습니다.

대학은 지난 11월 7일 화학 및 생명분자공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 시스템 대사공학을 활용해 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 대체하는 의사방향족 폴리에스터 단량체를 효율적으로 생산하는 미생물 균주를 개발하는 데 성공했다고 밝혔습니다.

의사방향족 디카르복실산은 폴리머로 합성 시 방향족 폴리에스터(PET)보다 물리적 특성이 우수하고 생분해성이 높아 폴리머로 합성 가능한 친환경 모노머*로 주목을 받고 있다. 화학적 방법을 통한 의사방향족 디카르복실산의 생산은 수율 및 선택성이 낮고 반응 조건이 복잡하며 유해 폐기물이 발생한다는 문제점이 있습니다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 이상엽 교수 연구팀은 대사공학을 이용해 주로 아미노산 생산에 활용되는 세균인 코리네박테리움에서 2-피론-4,6-디카르복실산과 4종의 피리딘디카르복실산(2,3-, 2,4-, 2,5-, 2,6-피리딘디카르복실산)을 포함한 5종의 의사방향족 디카르복실산을 효율적으로 생산하는 미생물 균주를 개발했습니다.

연구진은 대사공학 기술을 사용하여 여러 의사방향족 디카르복실산의 전구체로 사용되는 프로토카테츄산의 대사 흐름을 향상시키고 전구체의 손실을 막는 플랫폼 미생물 균주를 구축했습니다.

이를 바탕으로 전사체 분석을 통해 유전자 조작 타겟을 발굴하여 2-피론-4,6-디카르복실산 76.17 g/L를 생산하였고, 피리딘디카르복실산 생산 대사 경로 3종을 새롭게 발굴 및 구축하여 2,3-피리딘디카르복실산 2.79 g/L, 2,4-피리딘디카르복실산 0.49 g/L, 2,5-피리딘디카르복실산 1.42 g/L를 성공적으로 생산하였습니다.

또한 연구팀은 2,6-피리딘 디카르복실산 생합성 경로의 구축 및 강화를 통해 15.01 g/L의 생산을 확인하여 총 5종의 유사한 방향족 디카르복실산을 높은 효율로 생산하는 데 성공했습니다.

결론적으로, 연구팀은 세계 최고 농도의 2,4-, 2,5-, 2,6-피리딘 디카르복실산을 생산하는 데 성공했습니다. 특히, 2,4-, 2,5-피리딘 디카르복실산은 기존에 극히 소량(mg/L)으로 생산되던 것을 g/L 규모로 생산했습니다.

본 연구를 바탕으로 다양한 폴리에스터 생산 산업공정에 적용될 수 있을 것으로 기대되며, 이와 유사한 방향족 폴리에스터 생산 연구에도 적극적으로 활용될 수 있을 것으로 기대됩니다.

교신저자인 이상엽 교수는 "미생물을 기반으로 유사한 방향족 폴리에스터 단량체를 효율적으로 생산하는 친환경 기술을 개발했다는 ​​데 의의가 있다"며 "이번 연구는 앞으로 미생물 기반 바이오 단량체 산업이 석유화학 기반 화학 산업을 대체하는 데 도움이 될 것"이라고 말했습니다.

이번 연구 결과는 10월 30일 국제 학술지인 미국 국립과학원 회보(PNAS)에 게재됐습니다.

본 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받는 한국연구재단의 선도적 바이오기반 화학산업을 위한 차세대 바이오리파이너리 플랫폼 기술 개발 사업 및 차세대 바이오리파이너리 사업을 위한 미생물세포공장 플랫폼 기술 개발 사업(사업책임자: 이상엽 교수)의 지원을 받아 수행되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/11/241111123254.htm