고농도 이산화탄소 전환 광합성 미생물 개발
미세조류 기반 친환경 탄소중립 실현에 한걸음 다가서
□ 산업현장에서 배출되는 고농도 이산화탄소로부터 직접 고부가가치물질을 빠르게 생합성할 수 있는 개량 미세조류가 소개됐다.
※ 미세조류 : 광합성 미생물의 총칭. 1 톤의 미세조류 배양을 통해 약 2 톤의 이산화탄소 고정이 가능할 정도로 이산화탄소 감축 잠재력이 높음.
□ 한국연구재단(이사장 이광복)은 심상준 교수(고려대학교) 연구팀이 미세조류에 혹독한 고농도의 이산화탄소를 바이오연료 같은 고부가가치물질로 고속 전환시킬 수 있는 생물학적 이산화탄소 저감 기술을 개발했다고 밝혔다.
□ 이산화탄소를 탄소원으로 이용하는 미세조류는 이산화탄소를 활용해 직접 생분해성 플라스틱 같은 고분자, 바이오디젤 같은 바이오 연료, 의약품 등을 생산하는 데 이용될 수 있어 주목받고 있다.
○ 하지만 미세조류는 고농도 이산화탄소에 대한 내성이 낮기 때문에 산업 전반에서 대량으로 발생하는 고농도 이산화탄소를 효율적으로 저감 및 전환하는 데는 한계가 있었다.
※ 이산화탄소 내성 : 고농도 CO2에 의해 유발되는 세포 독성 효과(세포 내부 산성화 등)에 대한 저항성. CO2 내성이 증가하면 산업 배출가스 내 고농도 CO2를 공급하더라도 세포 사멸에 이르지 않고 CO2를 효율적으로 유용물질화할 수 있게 됨.
□ 연구팀은 미세조류에서 이산화탄소 내성이 낮은 것이 고농도 이산화탄소 환경 하에서 원형질막 수소 이온-ATP 분해효소의 발현이 저조하기 때문임을 알아냈다.
※ 원형질막 수소 이온-ATP 분해효소 : 세포 원형질막에 존재하는 수소 이온(H+) 배출 펌프의 하나. 식물 및 곰팡이에서 세포 내부 산성도(pH) 조절에 핵심적 역할을 하는 단백질.
□ 실제 식물에서 유래한 이 분해효소 유전자를 미세조류 내에 도입하여 지속적으로 이 생체 펌프를 발현하도록 개량하자 그렇지 않은 야생형 미세조류 대비 이산화탄소 내성이 3배 이상 높아졌다.
○ 이산화탄소 용해 및 관련 물질대사의 결과로 미세조류 내에 지속적으로 축적되는 수소 이온을 이 생체 펌프가 세포 밖으로 원활하게 배출시켜 산성 환경에서도 미세조류의 활성을 유지할 수 있었기 때문이다.
□ 연구팀은 옥외 대량 배양실험을 통해서도 이산화탄소 내성 향상 효과를 확인했다. 고농도 이산화탄소가 포함된 석탄 연소가스에 직접 노출시킨 경우에도 야생형 미세조류 대비 2배 이상 빠르게 이산화탄소를 바이오매스 및 바이오연료로 전환시키는 것으로 나타났다.
□ 심상준 교수는 “개발된 이산화탄소 내성 증대 미세조류 균주는 실제 산업 배출가스를 활용한 대규모 배양 현장 테스트를 통해 검증된 만큼 2050년 탄소중립 실현을 위한 실질적 생물학적 고속 이산화탄소 저감 및 전환 기술로 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.
□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 ‘유용물질 생산을 위한 Carbon to X 기술개발사업’등의 지원으로 수행된 이번 연구성과는 국제학술지‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 10월 18일 게재(온라인)되었다.
