이상엽 교수팀, 세계적 학술지에 ‘시스템 대사공학’ 제시

미생물을 활용, 인간이 원하는 다양한 제품을 생산하는 새로운 기술체계를 국내 연구진이 세계 학계에 제시해 주목받고 있다.

교육과학기술부는 이상엽 한국과학기술원(KAIST) 특훈교수팀이 바이오매스(biomass)로부터 화학물질 및 제품을 효과적으로 생산할 수 있는 기법과 전망을 세계적 학술지 ‘생명공학동향(Trends in Biotechnology)’ 8월호 표지논문을 통해 소개했다고 26일 밝혔다.

현재 세계의 많은 과학자는 기존 석유화학산업에서 원유 등 원료물질로부터 정제를 거쳐 여러가지 제품을 생산하는 것과 마찬가지로, 해조류나 비식용 생물자원 등 바이오매스 원료에서 인간에게 필요한 여러 물질을 생산하는 이른바 ‘바이오 리파이너리(생물을 활용한 정제)’ 기술을 연구하고 있다.

이 바이오 리파이너리가 상용화하려면, 유전자를 조작해 미생물이 에너지를 단순히 증식 등에 쓰지 않고 화학원료·바이오연료 등 우리가 원하는 물질을 생산하는 데 사용하도록 대사 시스템을 바꿔줘야 한다. 이 같은 목적의 연구 분야를 ‘대사공학’이라고 한다.

그러나 지금까지 이 대사공학은 대부분 시행착오 과정을 반복하며 적합한 방법을 찾는 직관적 방식으로 이뤄져 많은 시간과 노력이 필요했다.

이 교수팀은 대사공학에 시스템생물학·합성생물학·진화공학 등을 융합, ‘시스템 대사공학’이라는 방식을 세계에서 처음 구체적으로 제안했다.

연구진의 설명에 따르면, 시스템 대사공학은 세포 속 모든 유전자·단백질 등의 종합 정보(오믹스 데이터)와 가상세포 시뮬레이션 결과 등을 바탕으로 세포의 생리 상태를 다각적으로 규명하고, 이를 활용해 맞춤형 대사 조절을 시도하는 것이다.

미생물을 게놈(생물의 모든 유전 정보) 수준에서 관찰 및 조작하기 때문에, 미생물로부터 원하는 기능을 유도하는 데 필요한 시간과 노력을 획기적으로 줄일 수 있다.

논문의 제1저자인 이정욱 KAIST 생명화학공학과 박사는 “시스템 대사공학을 통해 미생물의 성능을 획기적으로 향상시키는 기법을 최근 연구 흐름을 중심으로 제시하고 전망했다”며 “앞으로 바이오 리파이너리 연구에 널리 활용될 것”이라고 설명했다.

연합뉴스