[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국생명공학연구원(KRIBB, 원장 김장성)은 합성생물학연구센터 신종혁 박사팀이 일리노이 대학교 어바나-샴페인 캠퍼스(University of Illinois Urbana-Champaign, UIUC) 연구팀과 공동으로 미생물 생태계에서 효모 균주 간 역할 분담을 최적화하는 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.
이번 한국생명공학연구원과 일리노이 대학교 간의 '고효율 바이오에너지 생산 가능한 합성 미생물 생태계 플랫폼'과 관련한 연구결과는 세계적인 과학저널인 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에 게재돼 공개됐다.
해당 국제 학술지에 게재된 논문명은 "Compositional and Temporal Division of Labor Modulates Mixed Sugar Fermentation by an Engineered Yeast Consortium"이다.
최근 기후변화에 대한 우려로 바이오매스에서 친환경 바이오 연료를 생산하는 생물 발효와 바이오 화합물을 생산하는 세포공장 등의 바이오에너지 기술에 대한 관심이 높다.
특히 미생물을 산업적으로 활용하기 위한 합성 미생물 생태계를 구축하기 위해 자연계 미생물 생태계 모사 전략이 중요하지만 합성 미생물 생태계 내의 미생물 간 역할을 분담하고 상호작용을 할 수 있게 하는 체계적인 설계 방법이 아직 개발되지 않았다.
이번 연구팀은 이러한 연구적 필요성에 따라 합성 미생물 생태계 내의 균주 간 역할을 분담하고 원하는 기능을 수행할 수 있는 합성 미생물 생태계 플랫폼을 개발했다.
연구과정을 보면 나무와 같은 목질계 바이오매스에 풍부하게 존재하는 글루코스와 자일로스를 각각 소비하는 전문 균주 9종을 제작하고 이를 혼합해 미생물 생태계를 구축했다.
이후 단일 균주와는 다르게 글루코스 전문 균주, 자일로스 전문 균주로 구성된 미생물 생태계는 구성 균주의 시작 농도를 바꿈으로써 특정 당의 소비 속도를 세밀하게 조절할 수 있음을 확인했다.
또 미생물 생태계 구성 균주의 접종 시간을 조절해 줌으로써 에탄올에 의해 저해 받는 자일로스 발효의 효율을 최적화할 수 있다는 사실도 규명했다.
이 연구결과에 의하면 자일로스가 먼저 발효되도록 바이오매스 발효 프로세스를 개선해 바이오 연료 생산량을 약 2배 이상 증가시켰다.
이와 관련해 교신저자인 일리노이 대학교 어바나-샴페인 캠퍼스(UIUC) 진용수 교수는 “이제 바이오연료 및 유용물질 생산을 위한 합성생물학 기술이 단일 미생물 균주의 개량을 넘어 상보적인 대사기능을 수행하는 다수의 미생물을 동시에 개량함으로써 생물 전환 공정의 효율을 높이는 단계로 발전할 것”이라고 설명했다.
이어 생명연 신종혁 박사는 “이번 연구는 미생물 생태계의 산업적 적용 가능성을 제시하였고 더 나아가 합성 미생물 생태계를 이용해 바이오매스로부터 단일 균주로는 생산이 어려운 고부가 화합물을 생산하는 혁신 플랫폼이 될 것”이라고 말했다.
이 연구는 미국 에너지부(US Department of Energy)와 생명연 주요사업의 지원으로 수행됐다.