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고려대 연구팀, 메탄가스를 메탄올로 변환시키는 바이오 소재 개발
고려대 연구팀, 메탄가스를 메탄올로 변환시키는 바이오 소재 개발
  • 박정은 기자
  • 승인 2019.04.02 12:00
  • 댓글 0
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제1저자, 화공생명공학과 허준 교수 · 김현진 박사
대장균을 이용해 대량 생산이 '가능'
(왼쪽부터) 고려대 공과대학 화공생명공학과 이지원 교수(교신저자), 김현진 박사(제1저자), 허준 교수(제1저자). (사진=한국연구재단)
(왼쪽부터) 고려대 공과대학 화공생명공학과 이지원 교수(교신저자), 김현진 박사(제1저자), 허준 교수(제1저자). (사진=한국연구재단)

메탄가스로부터 메탄올을 손쉽게 생산하는데 꼭 필요한 소재가 개발됐다.

한국연구재단은 고려대 이지원 교수 연구팀(제1저자, 화공생명공학과 허준 교수·김현진 박사)이 메탄산화세균에서 유래한 효소의 핵심 활성 부위가 표출된 효소 나노입자를 개발했다고 2일 밝혔다.

메탄가스는 지구에서 가장 풍부한 가스 자원이다. 메탄가스를 메탄올로 변환하면, 원유를 대체하여 다양한 생활용품과 산업용 소재의 생산에 활용될 수 있다. 그러나 현재 메탄가스로 메탄올을 생산하는 화학적 산화 공정은 높은 에너지 소비, 환경오염 유발, 낮은 반응 전환율 등 기술적‧경제적‧환경적 측면의 많은 문제점을 안고 있다.

메탄올을 생산하는 화학적 공정의 대안으로, 메탄산화세균을 활용한 바이오 공정이 시도되었다. 그러나 메탄산화세균의 고농도 배양 및 메탄산화효소의 대량생산이 쉽지 않아, 성공사례가 보고되지 않았다.

연구팀은 유전공학 기술로 메탄산화효소의 핵심 활성 부위만을 활용하여, 자연 상태의 메탄산화효소와 거의 같은 수준의 활성을 갖는 효소 나노입자를 개발했다.

이 효소 나노입자는 빠른 시간에 고농도로 쉽게 배양되는 대장균을 이용하여 대량 생산이 가능하다는 탁월한 장점이 있다. 또한, 연구팀은 효소 나노입자를 다공성 하이드로겔에 고정함으로써 안정적으로 활성을 유지하며 장시간 반복적으로 재사용할 수 있는 메탄올 생산시스템을 개발했다. 추가적으로, 연구팀은 효소 나노입자를 이용하여 막 단백질 형태 메탄산화효소의 활성 부위 구조를 명확히 규명하는 과학적 성과도 이뤄냈다.

이지원 교수는 “이 연구는 문제점이 많은 기존의 화학적 메탄 산화 공정을 고효율의 바이오공정으로 대체하기 위해 메탄산화효소를 대량 생산이 가능한 나노입자의 형태로 개발하고, 효소 나노입자를 안정적, 반복적으로 재사용할 수 있는 생산시스템을 개발한 것이다”라며, “이 기술을 확장 적용하면 산업적 활용 가치가 있는 다양한 효소 및 이를 이용한 고효율의 바이오 공정 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”라고 연구의 의의를 설명했다.

메탄가스를 메탄올로 전환하는 새로운 효소 나노입자. (사진=한국연구재단)
메탄가스를 메탄올로 전환하는 새로운 효소 나노입자. (사진=한국연구재단)
효소 나노입자를 고정화시킨 다공성 하이드로젤을 이용한 새로운 반응시스템 개발. (사진=한국연구재단)
효소 나노입자를 고정화시킨 다공성 하이드로젤을 이용한 새로운 반응시스템 개발. (사진=한국연구재단)


한편, 이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구) 지원으로 수행됐으며, 권위 있는 국제학술지 ‘네이처 카탈리시스(Nature Catalysis)’에 이달 2일(한국시간) 게재되기도 했다.

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