한국과학기술원(KAIST)은 시스템 대사공학을 이용해 바이오 플라스틱의 원료인 '숙신산'을 세계 최고 수준의 효율로 생산하는 데 성공했다고 11일 밝혔다.

시스템 대사공학은 미생물의 복잡한 대사 회로를 조작해 다양한 화학물질과 연료, 고분자 등을 생산하는 기술로, 화학 공정을 대체할 수 있는 친환경 기술로 주목받고 있다.

김지연 박사과정생과 이종언 박사, 이상엽 특훈교수 연구팀은 소의 첫 번째 위(반추위)에서 분리한 미생물 '맨하이미아'(Mannheimia)의 대사 회로를 조작, 마그네슘 수송 시스템을 최적화해 다량의 숙신산을 생산할 수 있는 개량 균주를 개발했다.

미생물 발효 과정에서 수산화마그네슘이 포함된 알칼리성 중화제가 세포 성장과 숙신산 생산에 중요한 역할을 한다는 것을 확인, 맨하이미아 내 마그네슘 수송체 유전자를 규명하고 다양한 마그네슘 수송체를 도입했다. 이런 방법으로 시스템을 최적화한 결과 1ℓ당 152.23g의 숙신산을 생산할 수 있었다. 시간당 최대 생산량은 39.64g/ℓ에 달했다.

이는 기존보다 생산성이 2배 향상된 수치로, 시스템 대사공학 기반 생산 공정 중 가장 높은 효율이다.

제1 저자인 김지연 박사과정생은 "다양한 화학물질을 생물학적으로 생산하는 미생물 균주 개발의 전략으로 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '미국 국립과학원 회보'(PNAS) 지난 6일 자에 실렸다.