시아노박테리아로부터 바이오플라스틱을 생산하는 핵심 기술 :: 전체

전통적인 석유화학 플라스틱(Traditional petrochemical plastic)들은 재생불가능한 화석연료로부터 만들어지나 사용 후에는 자연상태로 다시 돌아올 수 없다는 단점이 있다. 따라서, 석유 유래의 플라스틱을 재생가능한 원료로부터 만들어진 생분해성 플라스틱으로 대체하려는 연구가 많이 이루어지고 있다. 하지만, 불행하게도 보다 지속 가능한 방법에 의해 플라스틱을 생산하려는 노력은 아직 경제적으로 합리적인 옵션이 되지 못하고 있다.

이에, 지속 가능한 대체과학을 위한 리켄 연구소(RIKEN Center for Sustainable Resource Science)의 합성 지노믹스 연구팀(Synthetic Genomics Research Team)의 Minami Matsui, Nyok-Sean Lau 및 동료 연구자들은 박테리아 발효 기반의 플라스틱을 만드는 연구를 수행했다.

PHA(polyhydroxyalkanoates)는 당이나 지방의 박테리아에 의한 발효에 의해 만들어지는 선형 폴리에스터(polyester)이다. 하지만, 지금까지 PHA를 생산하기 위해 이용된 종속영양세균(heterotrophic bacteria)의 배양은 탄소원으로 비싼 유기 물질들을 필요로 한다. 이에 대한 해결책으로는 대기 중의 이산화탄소로부터 탄소를 뽑아 쓸 수 있으며 최소한의 영양분만을 필요로 하는 시아노박테리아(cyanobacteria)와 같은 광합성 유기체를 이용하는 것을 들 수 있다. 하지만 이러한 접근 방법은 또한 이들의 낮은 전환 속도와 PHA의 축적과 관련한 여러 요소들을 파악하지 못해 많은 어려움을 겪고 있다.

세인트 말레이시아대(Universiti Sains Malaysia)의 Kumar Sudesh와의 공동 연구를 통해, 연구자들은 세포 매스의 14%까지 PHA를 생산할 수 있는 돌연변이 시아노박테리아(cyanobacterium Synechocystis sp. strain 6803)를 만들어낼 수 있었다. 이 돌연변이 종에서, PHA의 생산과 관련된 최초의 효소는 Streptomyces sp. CL190에서 유래한 아세틸코에이 합성제(acetoacetyl-CoA synthase)이다.

연구팀은 다음으로 원래 상태의 대조군과 비교해 PHA 과생산 균주에서 유전자의 발현을 비교해보기로 했다. 이에 대해 Matsui는 “PHA 과생산 균주의 유전자들은 실제로 PHA의 생산과 직접적으로 관계가 있는 다른 대부분의 유전자들에 비해 발현량이 작다”고 말했다. 이번 발견은 광합성과 관련이 있는 유전자들의 발현이 증가하는 것은 탄소고정(carbon fixation)과 관련이 있는 시아노박테리아의 능력이 증가하는 것과 관련이 있다고 한다.

이에 대해 Matsui는 “공정에 있어서 관여하고 있는 단백질을 조절함으로써 시아노박테리아에서 탄소 고정을 증가시키는 것은 바이오플라스틱, 바이오연료 및 다른 화학물질들의 생산을 위한 기초 연구로 이용될 수 있을 것이다. 시아노박테리아는 이것이 가능하다는 것을 보여주기 위한 최적의 기회가 될 수 있다”고 말했다. 이에 대한 보다 자세한 연구 결과는 “Lau, N.-S., Foong, C. P., Kurihara, Y., Sudesh, K. & Matsui, M. RNA-seq analysis provides insights for understanding photoautotrophic polyhydroxyalkanoate production in recombinant Synechocystis sp. PLoS ONE 9, e86368 (2014)”을 참고하기 바란다.

* 자료 - KISTI 미리안 『녹색기술정보포털』