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바이오부탄올 핵심생산효소 구조 및 특성 규명
이 상 엽 특훈교수
우리 대학 생명화학공학과 이상엽 교수 연구팀이 경북대학교 김경진 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 친환경 차세대 에너지인 바이오부탄올의 핵심 생산 효소인 싸이올레이즈(Thiolase)의 구조 및 특성을 규명했다.
연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 9월 22일자 온라인 판에 게재됐다.
바이오부탄올은 바이오연료로 이미 사용되고 있는 바이오에탄올을 능가할 수 있는 친환경 차세대 수송용 바이오연료로 각광받고 있다.
바이오부탄올의 에너지 밀도는 리터당 29.2MJ(메가줄)로 바이오에탄올(19.6MJ)보다 48% 이상 높고 휘발유(32MJ)와 큰 차이가 없다. 또한 폐목재, 볏짚, 잉여 사탕수수, 해조류 등 비식용 바이오매스에서 추출하기 때문에 식량파동 등에서도 자유롭다.
바이오부탄올의 가장 큰 장점은 휘발유와 비교했을 때 공기연료비, 기화열, 옥탄가 등 연료 성능이 비슷해 현재 자동차 등에 사용되고 있는 가솔린 엔진을 그대로 사용할 수 있다는 점이다.
바이오부탄올은 클로스트리듐이라는 미생물로부터 생산이 가능하지만 클로스트리듐의 주요 효소의 구조 및 기작 등에 대한 연구는 체계적으로 이뤄지지 못했다.
이 교수 연구팀은 이 미생물의 성능 향상을 위해 바이오부탄올 생합성에 필요한 주요 효소 중 하나인 싸이올레이즈의 3차원 입체구조를 포항방사광가속기를 이용해 규명했다.
이를 통해 일반적인 미생물의 효소에서는 발견되지 않고 클로스트리듐 내의 싸이올레이즈에서만 관찰되는 산화-환원 스위치 구조를 발견했다.
또한 가상세포모델 등을 활용한 시스템대사공학 기법을 활용해 이 싸이올레이즈가 실제 미생물 내에서 산화-환원의 스위치로 작동한다는 것을 증명했다.
연구팀은 밝혀낸 싸이올레이즈 구조의 원천기술을 활용해 활성이 향상된 돌연변이 효소를 설계했다. 그리고 이를 이용해 바이오부탄올 생산 미생물의 대사회로를 조작해 바이오부탄올 생합성이 향상되는 결과를 얻었다.
이상엽 교수는 “바이오부탄올 생합성 대사회로에서 가장 중요한 효소의 구조와 작용 기작을 세계 최초로 밝혔다”며 “싸이올레이즈 관련 원천기술을 활용해 바이오부탄올을 더욱 경제적으로 생산할 수 있는 대사회로 구축에 응용하겠다”고 말했다.
김상우, 장유신, 하성철 박사가 공동 1저자로 참여한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단의 기후변화대응기술개발사업 및 글로벌프런티어 차세대바이오매스사업단 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림 1. 바이오부탄올 생산 효소(thiolase)의 구조 및 산화-환원 스위치 작용기작
그림 2. 바이오부탄올 생산을 위한 포도당 대사회로에서 바이오부탄올 생산 효소(thiolase)의 산화-환원 스위치 작용기작
2015.09.22 조회수 11730 -
이상엽 특훈교수, 아시아 첫 ‘마빈존슨상’ 수상
우리 학교 생명화학공학과 이상엽(48, 생명과학기술대학 학장) 특훈교수가 아시아인으로는 최초로 미국화학회(American Chemical Society)에서 수여하는 ‘2012 마빈존슨상 (Marvin J. Johnson Award)’을 수상한다. 시상식은 27일 미국 샌디에고에서 열리는 미국화학회 연례 학술총회에서 갖는다.
미국화학회가 1978년 제정한 마빈존슨상은 미생물 및 생명화학공학분야에서 전 세계적으로 가장 탁월한 업적을 이룬 연구자를 매년 한명씩 선정해 주는 상으로 수상자는 미국화학회 연례학술총회에서 수상기념 강연을 하게 된다.
역대 수상자들로는 세계 생물화학공학계의 아버지들로 평가되는 故 데이비드 펄만, 故 제임스 베일리, MIT 다니엘 왕 교수 등이 있으며, 아시아에서는 이상엽 교수가 처음이다.
이 교수는 시스템대사공학 분야를 창시해 미생물의 대사회로를 시스템 수준에서 조작하고 다양한 원유 유래 화학물질을 바이오기반 친환경적으로 만드는 연구에서 세계적인 업적을 내고 있다. 아울러 아미노산, 폴리에스터 및 그 원료, 나일론 원료, 바이오연료 등의 효율적인 생산을 위한 균주개발 전략을 개발한 공로로 올해 수상자로 선정됐다.
이 교수는 현재 교육과학기술부 시스템생물학 연구개발사업, 글로벌프론티어 바이오매스사업단 사업, 그리고 글로벌프론티어 지능형합성생물학 사업단에 참여해 화석원료로부터 생산되는 화학물질들을 재생 가능한 비식용 바이오매스로부터 생산하기 위한 기술을 개발 중이다.
최근에는 세계경제포럼의 미래기술 글로벌 아젠다 카운슬 의장으로 선임돼 ‘2012년 세계 10대 떠오르는 기술’을 발표하기도 했다.
이 교수는 27일 미국 샌디에고에서 열리는 미국화학회 연례 학술총회에서 ‘미생물 시스템대사공학’을 주제로 마빈존슨상 기념강연을 할 예정이다.
2012.03.07 조회수 11410