안다희 KAIST 생명화학공학과 박사과정생이 개발한 미생물 균주를 들어보이고 있다. 왼쪽 위 사진은 KAIST 생명화학공학과 이상엽(왼쪽부터) 특훈교수, 채동언·최소영 박사 [KAIST 제공]

폴리에스터 아마이드는 일반적으로 많이 사용되는 플라스틱인 PET(폴리에스터)와 나일론(폴리아마이드)의 장점을 모두 갖춘 차세대 소재다. 하지만 지금까지는 화석 연료에서만 생산할 수 있어 환경오염 문제를 피할 수 없었다.

KAIST는 이상엽 생명화학공학과 특훈교수 연구팀이 시스템 대사공학을 이용하여 미생물 균주를 개발하고 친환경 바이오 플라스틱인 폴리에스터 아마이드 생산에 성공했다고 20일 밝혔다.

연구팀은 자연계에 존재하지 않는 새로운 미생물 대사회로를 설계해 폴리(3-하이드록시뷰티레이트-ran-3-아미노프로피오네이트), 폴리(3-하이드록시뷰티레이트-ran-4-아미노뷰티레이트) 등을 포함한 9종의 다른 폴리에스터 아마이드를 생산할 수 있는 플랫폼 미생물 균주를 개발했다.

폐목재, 잡초 등 지구상에서 가장 풍부한 바이오매스의 주원료인 포도당을 원료로 사용해 폴리에스터 아마이드를 친환경적으로 생산할 수 있도록 했다. 또 연구팀은 해단 균주의 유가 배양식 발효 공정을 이용해 고효율 생산(54.57 g/ℓ)을 보임으로써 추후 산업화될 가능성도 확인했다. KAIST 연구팀은 한국화학연구원 정해민·신지훈 연구원과 함께 바이오 기반 플라스틱의 물성을 분석한 결과, 기존 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 유사한 성질을 갖고 있는 것으로 나타났다. 즉 친환경적이면서도 기존 플라스틱을 대체할 수 있을 만큼 강도와 내구성이 뛰어나다는 것을 확인했다. 이번 연구에서 개발된 균주와 전략들은 여러 가지 폴리에스터 아마이드뿐만 아니라 다른 그룹의 여러가지 고분자들을 생산하는 대사회로들을 구축하는데 유용하게 쓰일 것으로 예상된다.

이 교수는 “이번 연구는 석유화학 산업 기반에 의존하지 않고도 폴리에스터 아마이드(플라스틱)을 재생가능한 바이오기반 화학산업을 통해 만들수 있는 가능성을 세계 최초로 제시한 것”이라면서 “앞으로 생산량과 생산성을 더욱 높이는 연구를 이어갈 계획”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 케미컬 바이올로지’ 온라인판에 지난달 17일 게재됐다. 구본혁 기자