고농도 메탄올 환경에서도 기존보다 약 1.7배 빠르게 증식하는 미생물 균주가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 김동혁 교수팀은 적응형 진화 기술을 활용해 'C1 바이오 리파이너리용' 메탄올 내성 균주를 개발하고, 해당 균주의 유전자 변이를 규명했다고 22일 밝혔다.

C1 바이오 리파이너리는 탄소 1개짜리 분자 구조 물질(C1)을 미생물에 먹여 플라스틱 원료 등 기존 석유화학 공정에서 생산하던 물질을 만들어내는 기술이다. 메탄올은 C1 원료 가운데 가격이 저렴하고 운송·저장이 쉬워 주목받는 원료다.

연구팀이 개발한 균주는 2.5% 고농도 메탄올 환경에서 기존 균주보다 1.68배 빠르게 증식한다. 일반 균주는 메탄올 농도가 1%를 넘으면 성장이 억제되는 한계가 있어, 고농도에서도 안정적으로 증식하는 균주 확보가 상용화의 핵심 과제였다.

연구팀은 메탄올 농도를 단계적으로 높이면서 살아남는 균만 골라내 재배양하는 적응형 진화 방식으로 이 균주를 확보했다. 이어 '슈퍼 균주'의 유전체를 분석해 독성 부산물 합성에 관여하는 유전자(metY)와 세포 에너지 소모와 관련된 유전자(kefB)에서 돌연변이를 발견했다.

두 돌연변이는 각각 독성 물질인 메톡신 합성을 억제하고 에너지를 효율적으로 사용하게 만드는 역할을 한다.

제1저자인 이규민 연구원은 "유전자 변이 정보를 이용하면 적응형 진화를 다시 거치지 않아도 유전자 가위 등을 통해 메탄올 내성 균주를 단시간에 대량 설계·생산할 수 있게 된다"고 설명했다. 김동혁 교수는 "바이오 플라스틱이나 유기산 생산 공정의 단가를 낮추고 생산량을 늘려 경제성을 확보하는 데 기여할 것"이라고 밝혔다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '바이오로지컬 엔지니어링 저널(Journal of Biological Engineering)'에 1월 12일자로 온라인 게재됐다. 연구는 과학기술정보통신부의 C1 가스 리파이너리 사업, 기초연구실지원사업, 바이오·의료 기술 개발 및 동그라미재단의 지원으로 수행됐다.