생명연 온실가스 메탄을 산업 자원으로, 바이오파운드리 기술로 실현

한국생명공학연구원은 국가바이오파운드리사업단 이승구 박사 연구팀이 산업적 활용이 가능한 바이오파운드리 자동화 실험 체계(워크플로)를 통해 메탄을 친환경 바이오소재로 전환하는 가능성을 실증하는 데 성공했다고 14일 밝혔다.

이번 성과는 친환경 바이오소재 생산을 위한 바이오촉매와 인공미생물 개발 기간을 단축하고, 축적된 데이터를 AI 설계·분석에 활용할 수 있다는 점에서 의미가 크다.

메탄은 대기 중 농도가 빠르게 증가하고 있는 대표적인 온실가스로 이산화탄소보다 84배 이상 강력한 온실효과를 일으키지만, 이를 줄일 수 있는 자연적 흡수 경로는 매우 제한적이다.

연구팀은 먼저 레고 블록처럼 필요에 따라 간단하면서도 유연하게 수천 건 이상의 대규모 실험으로도 확장할 수 있는 확장형 반자동화 워크플로를 구축했다.

또 단백질 설계 기술과 자동화 기술을 결합해 수백 종의 단백질 변이체를 빠르게 제작하고 평가하는 방법도 개발했다.

이에 실험 속도가 단계에 따라 최소 4배에서 36배까지 빨라졌으며 같은 시간 수행할 수 있는 실험 건수도 대폭 늘어나 연구 효율성이 획기적으로 향상됐다.

특히 이번 연구는 이소프렌 합성 효소(IspS) 개선에 적용됐다. 이소프렌은 타이어, 접착제, 연료첨가제 등 전 세계 산업에서 널리 쓰이는 핵심 원료지만 기존의 효소는 제대로 발현되지 않거나 활성이 낮아 산업적으로 활용하기에 큰 제약이 있었다.

연구팀은 바이오파운드리 워크플로를 활용해 효소의 성능을 대폭 향상시켰으며 효소의 반응 효율이 최대 4.5배 높아지고 열에 대한 안정성도 향상됐다.

이렇게 개량된 효소를 메탄자화균에 도입하자 온실가스 메탄을 이소프렌으로 바꾸는 생산성이 크게 향상됐으며, 이는 ‘온실가스 저감’과 ‘화학원료 자급’이라는 두 가지 산업적 과제를 동시에 해결할 수 있는 실질적인 기술 해법으로 평가된다.

연구책임자인 이승구 박사는 “계산 설계, 자동화 실험, 대규모 데이터 검증을 하나로 통합한 확장형 워크플로를 제시했다는 점에서 이번 연구의 의미가 크다”며 “앞으로 축적될 고품질 데이터는 AI 설계와 학습을 더욱 정밀하게 만들어 바이오제조의 디지털 전환을 가속할 것”이라고 밝혔다.

김형중 기자 kimhj@ggilbo.com