온실가스 메탄을 산업 자원으로…바이오파운드리 자동화 실증 성공

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국생명공학연구원 국가바이오파운드리사업단 이승구 박사 연구팀은 산업적 활용이 가능한 바이오파운드리 자동화 실험 체계(워크플로)를 구축하고, 이를 통해 메탄을 친환경 바이오소재로 전환하는 가능성을 실증하는 데 성공했다고 14일 밝혔다.

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

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

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

샘플 준비부터 유전자 조립, 미생물 도입 등 핵심 과정을 자동화 장비로 처리한 결과, 실험 속도가 단계에 따라 최소 4배에서 36배까지 빨라졌다. 같은 시간에 수행할 수 있는 실험 건수도 대폭 늘어나 연구 효율성이 획기적으로 향상됐다.

특히 이번 연구는 타이어, 접착제 등 전 세계 산업에 널리 쓰이는 이소프렌 합성 효소(IspS) 개선에 적용됐다.

기존 효소는 제대로 발현되지 않거나 활성이 낮아 산업적으로 활용하기에 큰 제약이 있었다. 연구팀은 바이오파운드리 워크플로를 활용해 효소의 성능을 대폭 끌어올렸다. 그 결과, 효소의 반응 효율이 최대 4.5배 높아지고 열에 대한 안정성도 높아졌다.

개량된 효소를 메탄자화균에 도입하자 온실가스 메탄을 이소프렌으로 바꾸는 생산성이 크게 향상됐다. 이는 온실가스 저감과 화학원료 자급이라는 두 가지 산업적 과제를 동시에 해결할 수 있는 실질적인 기술 해법으로 평가된다.

이번 성과는 미국 에너지부(DoE) 산하 애자일 바이오파운드리와의 협력을 통해 진행됐다.

이 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 말했다.

공동교신저자 이혜원 박사는 "바이오파운드리 기술을 통해 메탄 자원 기반 친환경 소재 생산 등 글로벌 현안 해결에 새로운 기술적 돌파구를 마련할 수 있을 것으로 기대된다"고 강조했다.

이번 연구성과는 국제학술지 '트렌드 인 바이오테크놀로지(Trends in Biotechnology)'에 게재됐다.

jongseo12@news1.kr