박테리아로 무지개색 친환경 섬유 생산…세계 첫 공배양 플랫폼 개발

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 다양한 색상의 박테리아 셀룰로오스(색이 입혀진 미생물 섬유)를 단일 공정으로 생산하는 모듈형 공배양 플랫폼을 세계 최초로 개발했다고 19일 밝혔다.

박테리아 셀룰로오스는 특정 박테리아가 영양분을 소비하며 스스로 합성하는 천연 고분자 섬유다. 높은 순도와 강도, 우수한 보습력과 생분해성까지 갖춰 기존 석유 기반 섬유를 대체할 수 있는 친환경 소재로 주목받고 있다.

하지만 기본적으로 색이 거의 흰색에 가까워 섬유 산업에서 요구하는 다양한 색상을 구현하기 어렵다는 한계가 있었다. 또 기존 염색 공정은 석유 유래 염료와 독성 시약에 의존해 환경오염 우려가 크고 공정 역시 복잡하다는 문제가 지속적으로 제기돼 왔다.

연구팀은 이러한 한계를 해결하기 위해 시스템 대사공학 기반의 색소 생합성 기술과 박테리아 셀룰로오스 생산균의 '공배양 전략'을 통합한 '원스텝 제조 플랫폼'을 구축했다.

색을 만드는 대장균과 섬유를 만드는 박테리아를 함께 키워 박테리아가 자라면서 자연스럽게 색이 입혀진 섬유가 한 번에 만들어지도록 하는 새로운 기술이다.

이를 통해 별도의 화학적 염색 없이 적색·주황·황색·녹색·청색·남색·자색 등 전 스펙트럼의 무지개색 섬유를 친환경적으로 생산하는 데 성공했다.

핵심 기술은 색소를 생산하는 대장균 균주를 고도설계해 천연 색소를 과량 생산하고 세포 외부로 효율적으로 분비하도록 한 것이다.

기존에는 대장균이 색소를 너무 많이 만들면 그 색소가 세포 안에 쌓여서 대장균이 스스로 힘들어하는 문제가 있었다. 연구팀은 대장균의 세포막 구조를 조절해 대장균이 만든 색소를 밖으로 잘 배출하도록 했다. 그 결과 대장균은 부담 없이 색소를 더 많이 더 빠르게 만들어 낼 수 있게 됐다.

연구팀은 분자 구조가 복잡해 대량 합성이 어려운 보라색 색소를 세계 최고 수준으로 생산 가능함도 입증했다.

연구팀은 이번 기술이 지속 가능한 섬유, 착용형 바이오소재 등 다양한 기능성 생체소재 생산에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

이 교수는 "지속 가능한 섬유 및 바이오소재에 대한 수요가 증가하는 가운데, 이번에 개발한 통합 생물제조 플랫폼은 다양한 기능성 소재를 별도의 화학 처리 없이 단일 단계에서 생산할 수 있는 핵심 기술이 될 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 생명화학공학과 주항서 박사과정생이 제 1저자로 참여한 논문으로, '생명공학 동향(Trends in Biotechnology)'에 게재됐다.

jongseo12@news1.kr