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미생물 C1 가스 활용 새 대사 회로 메커니즘 규명
KAIST 조병관 교수 연구팀…고부가 가가 생화학 물질 전환 산업 응용
2020년 03월 26일  17:44:47 허송빈 기자 news@gocj.net

[ 시티저널 허송빈 기자 ] KAIST 생명과학과 조병관 교수 연구팀이 미생물이 이산화탄소·일산화탄소 등 단일 탄소로 이뤄진 C1 가스를 활용하는 새로운 대사 회로 메커니즘을 규명했다.

현재까지 자연계에 알려진 C1 가스를 유기물로 전환하는 대사 회로는 모두 6개며, 식물의 광합성이 대표적인 예다.

이 가운데 미생물인 아세토젠 내에서 발견되는 우드-융달 대사회로는 C1 가스의 흡수 대사 회로 가운데 가장 효율적인 회로로 알려져 있다.

특히 아세토젠은 다양한 환경에서 서식할 수 있어 1년에 1000억kg의 아세틸산을 생산하며, 지구 탄소 순환에 큰 영향을 미친다.

그러나 아세토젠 미생물은 대장균과 같은 산업 미생물과 비교했을 때 생장 속도가 10배 이상 느리다.

이는 C1 가스를 유용한 생화학 물질로 변환하기 위한 산업적 미생물로 이용하기에 한계점으로 작용한다.

이에 따라 C1 가스 고정을 더욱 효율적으로 할 수 있는 새로운 대사 경로 연구가 활발히 이뤄지고 있다.

연구팀은 문제 해결을 위해 아세토젠 미생물 가운데 하나인 클로스트리디움 드라케이(Clostridium drakei)가 이산화탄소 흡수 때 다른 미생물에 비해 빠른 성장 속도를 나타내는 점에 주목해 C1 가스 전환 효율을 높일 실마리를 찾아낼 수 있을 것으로 예상했다.

연구팀은 차세대 시퀀싱 기술을 이용한 게놈 서열과 유전자 분석으로 디지털 가상 세포를 구축하고, C1 가스의 흡수 대사 경로 효율을 예측했다.

그 결과 현재까지 보고되지 않은 새로운 7번째 대사 회로의 존재를 발견했다.

우드-융달 대사 회로와 글리신 생합성 대사 회로가 결합해 C1 가스 고정과 동시에 세포 생장에 필요한 에너지를 획득하는 새로운 형태의 대사 회로의 존재를 규명한 것이다.

연구팀은 대사 회로를 구성하는 유전자의 발현량, 동위 원소를 이용한 대사 경로 흐름 추적, 유전자 가위 기술 등을 통해 클로스트리디움 드라케이 미생물이 실제로 새로운 대사 회로를 사용해 C1 가스를 흡수하는 것을 증명했다.

더불어 관련 유전자를 세포 생장 속도가 느린 다른 아세토젠 미생물에 도입한 결과 빠른 속도로 C1 가스를 사용해 생장함을 확인했다.

연구팀이 규명한 새 대사 회로는 현재까지 알려진 관련 대사 회로 가운데 가장 우수한 효율을 갖고 있어 향후 C1 가스를 고부가 가치 생화학 물질로 전환하는 산업적 응용에 활용 가능할 것으로 기대되고 있다.

조 교수와 UNIST 김동혁 교수 공동 연구팀이 수행하고 KAIST 송요셉 박사가 1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 미국 국립 과학원 회보(PNAS) 3월 13일 자 온라인판에 게재됐다.

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