KAIST, 미생물서 친환경 나일론 원료 만든다…석유공정 대체 기대

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 미생물을 활용해 플리스틱 소재인 나일론 핵심원료를 친환경적으로 생산할 수 있는 기술을 개발했다.

한국과학기술원(카이스트·KAIST)은 생명화학공학과 이상엽 특훈교수팀이 시스템 대사공학을 활용해 친환경 바이오 부산물인 글리세롤로부터 '나일론 6' 및 '나일론 6,6'의 핵심 단량체 3종을 생산할 수 있는 대장균 기반 모듈형 플랫폼을 개발했다고 31일 밝혔다. 단량체는 아디픽산, 헥사메틸렌다이아민, 엡실론 카프로락탐 등이다.

나일론 6는 유연성이 높아 의류·필름 등에 사용되며 나일론 6.6은 강도와 내열성이 우수해 자동차·기계 부품 등에 활용된다. 이름 뒤 숫자는 원료분자에 포함된 탄소의 개수다.

이번에 연구팀은 생산경로를 상·하류 균주 두 개로 나누고 서로 다른 역할을 하는 대장균이 이를 나눠 맡도록 설계해 상류 균주는 글리세롤로부터 아디픽산을 생산하고 하류 균주는 이를 다시 헥사메틸렌다이아민 또는 엡실론 카프로락탐으로 전환토록 했다.

이를 통해 연구팀은 나일론 6.6의 핵심 원료인 아디픽산과 헥사메틸렌다이아민, 나일론 6의 핵심 원료인 엡실론 카프로락탐을 하나의 통합 플랫폼에서 생산하는 데 성공했다.

또 연구팀은 다양한 단백질 효소인 카복실산 환원효소와 트랜스아미나아제를 분석, 최적의 배합조합을 찾아내 헥사메틸렌다이아민 생산성을 향상시켰다. 또 엡실론 카프로락탐 생산과정에서는 여러 기능을 결합한 융합효소를 설계해 반응 효율을 높였다.

이어 연구팀은 두 종류의 대장균을 분리투입해 먼저 아디픽산을 충분히 만든 뒤 두 번째 균주를 나중에 투입하는 '지연 접종(시간차 공배양)' 전략을 활용, 글리세롤만을 사용해도 헥사메틸렌다이아민 230(㎎/L), 엡실론 카프로락탐 808(㎍/L)를 생산했다. 이는 글리세롤에서 직접 생산한 사례 가운데 세계 최고 수준이다.

석유화학 공정에 의존하던 나일론 원료를 바이오 기반으로 생산할 수 있는 가능성을 제시한 이번 연구 결과는 미국국립과학원회보(PNAS)에 지난 4일 게재됐다.(제1저자 KAIST 안다희 박사)

이상엽 특훈교수는 "이번 연구는 나일론 6와 나일론 6,6 생산에 필요한 핵심 단량체를 재생 가능한 탄소원으로부터 생산할 수 있는 모듈형 미생물 플랫폼을 제시했다는 점에서 의미가 크다"며 "효소와 대사 흐름을 고도화해 생산성을 높이고 다양한 바이오 기반 고분자 원료를 지속가능하게 생산할 수 있는 핵심 플랫폼으로 발전시켜 나갈 것"이라고 말했다.


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