울산과기원, 온실가스 메탄을 자원화하는 미생물 대사경로 규명

김동혁 교수팀, 메탄자화균 대사 변화 확인…"지구온난화 해결 이바지 기대"

메탄자화균 대사 경로 규명한 연구진. 왼쪽부터 김동혁 울산과학기술원 에너지 및 화학공학부 교수, 박준영 연구원. [울산과학기술원 제공. 재판매 및 DB 금지]

(울산=연합뉴스) 허광무 기자 = 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 미생물의 하나인 '메탄자화균'의 대사(생물이 물질을 흡수·합성·분해해 에너지를 얻는 과정) 경로를 규명했다. 메탄자화균은 온실가스로 알려진 메탄(CH₄)을 유용한 물질로 바꿔주는 미생물이어서, 메탄을 자원으로 바꾸는 기술의 초석이 될 것으로 기대된다.

김동혁 에너지 및 화학공학부 교수팀은 이은열 경희대 교수팀과 함께 메탄자화균 중 '마이크로븀 알칼리필럼 20Z'의 대사 경로를 밝혔다고 21일 밝혔다.

오늘날 지구온난화의 원인이 되는 메탄은 산업용 폐가스, 낙농업, 셰일가스 추출 과정에서 대량 방출되고 있다. 이런 메탄을 고부가가치 물질로 만들려면 메탄을 먹고 분해해 유용한 물질로 만드는 메탄자화균의 대사 과정에 대한 이해가 필요하다.

이 대사 과정을 잘 이해하면 그것을 기반으로 유전자를 조작해 대사 경로를 조절할 수도 있다. 이렇게 되면 메탄이나 메탄올을 원료로 활용해 원하는 물질을 정확하게 얻어낼 수 있다.

지금까지는 메탄이나 메탄올의 대사 과정은 '메탄이 산화해 메탄올로 바뀌는 현상'에서 시작한다고 알려졌는데, 이 정도로는 각 물질에 따른 정확한 대사 과정을 파악할 수 없었다.

김 교수팀은 탄소공급원이 메탄에서 메탄올로 달라질 때 전체 대사과정에 변화가 생긴다는 사실을 확인했다.

메탄자화균이 탄소공급원으로 메탄올을 이용하는 경우, 메탄을 이용할 때보다 많은 포름산을 만들어내는 특이한 현상이 나타나는 것이다. 시작 과정이 같은 데도 결과물이 달라진 까닭은 전체 에너지 대사 과정이 바뀌기 때문이다.

연구진은 '유전체 수준의 컴퓨터 모델링'(Genome-scale modeling·유전체 수준의 대사 네트워크를 재구성하고 생화학적·환경적 제약을 부과해 대사 흐름을 분석하는 기법)을 이용해 메탄자화균의 대사 변화를 정확히 알아낼 수 있었다.

메탄자화균의 대사 과정은 흡사 '수많은 경우의 수가 있는 사다리 타기'처럼 복잡한데, 컴퓨터 모델링이 탄소 흐름을 한눈에 파악할 수 있게 해준 덕분이다.

김 교수는 "탄소공급원에 따른 대사 경로 차이는 메탄가스로 말미암은 환경문제를 해결하는 데 이바지할 것"이라면서 "이 미생물로 산업적으로 부가가치가 높은 물질을 생산하는 기술을 개발하고자 후속연구를 준비 중이다"라고 밝혔다.

그는 "저렴한 메탄올을 메탄자화균의 먹이로 쓰는 시스템을 개발하면 경제적 이점도 상당할 것"이라고 덧붙였다.

이번 연구는 국제 학술지 '메타볼릭 엔지니어링'(Metabolic engineering) 10월 15일 자 온라인판에 게재됐다.

hkm@yna.co.kr

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