기후 변화와 환경 문제가 심각해짐에 따라 나일론을 포함한 다양한 고분자들의 친환경 생산에 관심이 쏠리고 있다.

KAIST는 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀 한태희 박사가 나일론-5의 단량체인 발레로락탐을 생산하는 미생물 균주 개발에 성공했다고 10일 밝혔다.

발레로락탐(valerolactam)은 나일론-5 및 나일론 6,5의 중요한 단량체(고분자를 만드는 재료)다. 나일론-5와 나일론 6,5는 역사가 가장 오래된 합성섬유인 나일론의 일종으로, 나일론-5는 탄소 5개짜리 단량체로 이뤄진 고분자, 나일론 6,5는 탄소 6개와 5개짜리의 두 가지 단량체로 구성된 고분자를 말한다. 이는 우수한 가공성과 가볍고 질긴 특징으로 인해 의류뿐 아니라 배드민턴 라켓 줄, 어망, 텐트, 기어 부품 등 산업 전반에 활용되고 있다.

석유 화학 기반의 화학적 발레로락탐 생산은 극한 반응조건과 유해 폐기물 생성이라는 문제점을 갖고 있다. 이를 해결하기 위해 발레로락탐을 친환경적이며 고효율로 생산하는 미생물 세포 공장을 개발하려는 노력이 이어지고 있다.

연구진은 "미생물의 대사회로를 조작하는 기술인 대사공학을 이용해 아미노산 생산에 주로 사용되는 세균의 일종인 코리네박테리움에 발레로락탐 생산 합성 대사회로를 구축했다"며 "이로써 바이오매스인 포도당을 탄소원으로 사용해 고부가가치의 발레로락탐을 생산하는 미생물 균주를 개발했다"고 설명했다.

연구진은 미생물의 발레로락탐 생산 능력을 향상시키고 개발한 균주에 추가로 부산물 제거를 위한 시스템 대사공학 전략을 도입했다. 주요 부산물 생산에 관여하는 유전자를 없애고, 유전자 스크리닝을 통해 부산물이자 전구체인 5-아미노발레르산(5-aminovaleric acid)을 발라로락탐으로 전환시켜서 부산물 생성을 줄이는 데 성공했다고 연구진은 덧붙였다.

또 연구진은 5-아미노발레르산을 발레로락탐으로 전환하는 유전자를 게놈 상에 여러 번 삽입하는 방식으로 발레로락탐 생산을 위한 대사 흐름을 강화하고, 세계 최고 농도(76.1g/L)의 발레로락탐을 고효율로 생산하는 데 성공했다. 이는 기존 대비 6.17배 높은 수치다.

해당 연구 결과는 국제 학술지인 '대사공학지(Metabolic Engineering)'에 지난달 12일 게재됐다.