GIST, 설탕으로 값비싼 약물 전환 고부가가치 친환경 촉매 개발

광주학기술원(GIST)은 권인찬 신소재공학부 교수팀이 산화환원 반응에 다양하게 활용할 수 있는 보조인자를 재생하는 친환경 생촉매 반응 시스템을 개발했다고 21일 밝혔다.

재사용 가능 산화환원 효소 마이크로 반응기.

권 교수팀은 보조인자를 유연한 단백질인 엘라스틴 유사 폴리펩타이드(ELP)와 결합해 보조인자 단백질 스윙암을 개발했다. 스윙암은 고체 지지체에 보조인자 유동성을 확보한 상태로 고정화하기 위한 수~수십 나노미터(㎚) 길이를 갖는 지지체다.

연구팀은 고체 지지체에 포도당 탈수소효소와 만니톨 탈수소효소 등 2개의 산화환원 효소와 함께 머리카락보다 얇은 마이크로 사이즈 다공성 비드에 고정화해 마이크로 반응기를 제작했다.

마이크로 반응기에 설탕을 구성하는 포도당과 과당을 원료로 공급하면 포도당 탈수소효소가 포도당을 사용해 보조인자를 환원한다. 환원된 보조인자는 만니톨 탈수소효소에 환원력을 공급해 과당보다 8배 가까이 비싼 약물인 D-만니톨을 생산할 수 있다.

값비싼 효소와 보조인자 공급 없이도 반복적으로 D-만니톨을 생산하고 간단한 여과를 통해 반응기에서 쉽게 분리·회수해 비용을 크게 줄일 수 있다.

전 세계적으로 환경 보호와 지속 가능한 발전이 강조되면서 생촉매인 효소를 활용해 약물 등 유용한 화합물을 생산하는 친환경 기술이 주목받고 있다. 산화환원 효소는 화합물 산화환원 반응에 관여하는 효소로 약물, 식품 원재료, 에너지 생산 등에 널리 사용하고 있다.

효소를 생성물과 분리해 재사용하려면 특정 담체에 효소를 고정해야 하는데 산화효소반응에 필수적인 보조인자인 니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드(NAD)·니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드 인산(NADP) 등은 값이 매우 비싼 데다 고정시킬 수 없어 매번 추가로 소모해야 한다. 높은 비용이 소요되기 때문에 보조인자를 재생해 지속적으로 약물을 생산할 수 있는 시스템 개발이 필요한 상황이다.

권인찬 교수는 “값비싼 보조인자로 인해 상용화에 걸림돌인 산화환원 효소를 이용한 약물 개발을 비롯해 부생가스나 온실가스 등을 유용한 화합물로 전환하는 새로운 탄소자원화·탄소중립적 고부가가치 친환경 기술 개발 가능성을 열 것으로 기대한다”고 말했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터, C1가스리파이너리사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 화학공학 분야 상위 국제 학술지 '미국화학회(ACS) 지속가능화학 및 엔지니어링' 온라인에 게재됐으며 표지 논문으로 선정됐다.

광주=김한식기자 hskim@etnews.com

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