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상호작용 가능한 바이오 기반 친환경 화학물질 합성지도 완성
우리 대학 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 미생물에서 화학물질을 생산하기 위한 바이오 화학반응을 총망라한 웹 기반의 합성 지도를 완성했다고 29일 밝혔다. 이번 연구는 국제학술지인 `생명공학 동향(Trends in Biotechnology)'에 8월 10일 字 게재됐다.
※ 논문명 : An interactive metabolic map of bio-based chemicals
※ 저자 정보 : 장우대(한국과학기술원, 공동 제1 저자), 김기배(한국과학기술원, 공동 제1 저자), 이상엽(한국과학기술원, 교신저자) 포함 총 3명
급격한 기후 변화와 환경오염에 대응하기 위해 석유화학 제품을 미생물을 활용해 생산하는 연구가 주목받고 있다. 미생물을 이용해 다양한 화학 물질, 재료, 연료 등을 합성하기 위해선 목표 물질의 생합성 경로를 탐색 및 발굴해 미생물 내에 도입하는 것이 우선돼야 한다. 또한, 다양한 화학물질을 효율적으로 합성하기 위해선 미생물을 이용한 생물공학적 방법뿐만 아닌 화학적 방법 또한 통합해 활용할 필요가 있다.
지난 2019년, 이상엽 특훈교수팀은 미생물을 이용해 화학물질을 합성할 수 있는 경로를 기존 화학반응 공정과 함께 정리한 지도를 국제학술지 ‘네이처 카탈리시스(Nature Catalysis)’에 발표한 바 있다. 당시 편찬한 지도는 네이처 측에서 포스터 형식으로 전 세계의 산업계 및 학계에 배포해 각 화학물질의 합성 경로를 한눈에 확인할 수 있도록 했다.
연구팀은 전 세계적인 관심을 바탕으로 지난번에 공개한 바이오 기반 화학물질 합성 지도를 업데이트 및 확장하고, 웹 기반으로 제작해 누구나 쉽게 접근하여 각 화학물질 합성을 위한 효율적인 경로를 빠르게 탐색할 수 있도록 했다. 사용자는 개발한 웹 기반의 합성 지도에서 제공하는 대화형 시각적 도구를 사용해 다양한 화학물질 생산으로 이어지는 생물학적 및 화학적 반응의 복잡한 네트워크를 분석할 수 있다. 또한, 이번 개편에서는 식품, 의약품, 화장품 등에 활용할 수 있는 다양한 천연물과 그 합성 경로를 추가해 지도의 활용성을 넓혔다. 발표한 바이오 기반 화학물질 합성지도는 http://systemsbiotech.co.kr 에서 확인할 수 있다.
공동 제1 저자인 생명화학공학과 장우대 박사와 김기배 박사과정생은 “기존 배포했던 합성 지도의 업데이트와 사용성 증대에 대한 요구를 반영하여 이번 연구를 진행했다”라고 말했으며, “이번 논문에서 정리한 생물공학적 방법과 화학공학적 방법을 통합한 화학물질 생산 전략과 전망은 미생물 세포 공장 구축 시 화학물질의 합성 경로 설계뿐만 아닌, 신규 물질의 생합성 경로 설계에도 유용하게 활용할 것으로 기대된다”라고 밝혔다.
이상엽 특훈교수는 “이번 연구에서 업데이트한 웹 기반 합성 지도는 기후 위기와 탄소중립에 대응하기 위한 바이오 기반 화학물질 생산 연구의 청사진으로서 역할을 할 것”이라고 밝혔다.
한편, 이번 연구는 과기정통부가 지원하는 석유대체 친환경 화학기술개발사업의 바이오화학산업 선도를 위한 차세대 바이오리파이너리 원천기술 개발 과제 지원을 받아 수행됐다.
2022.08.29 조회수 3549 -
이상엽 특훈교수, 바이오 기반 화학물질 합성 지도 완성
〈 이 상 엽 특훈교수 〉
우리 대학 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 바이오매스인 미생물로부터 화학제품을 생산하는 경로를 총정리한 ‘바이오 기반 화학물질 합성 지도’를 개발, 완성했다.
연구팀은 화학물질을 생산하는데 필요한 바이오 및 화학 반응들에 대한 정보를 총망라해 생명공학자들이 쉽게 활용할 수 있게끔 지도 형태로 정리하고, 이에 대한 분석을 수행했다.
이번 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 카탈리시스(Nature Catalysis)’에 표지논문으로 1월 15일 게재됐다.
석유로부터 화학제품을 생산하는 과정에서 온실가스를 배출하기 때문에 지구온난화 등 글로벌 기후변화를 유발하고 있다. 이에 세계는 친환경적 방법으로 화학제품을 생산하기 위해 미생물을 활용한 화학물질 생산기술 개발에 주력하고 있다.
미생물과 같은 바이오매스 원료에 생물공학적 또는 화학적 기술을 적용해 화학원료·연료 등 화학제품을 생산하는 공정을 ‘바이오 리파이너리(Bio-Refinery)’라 한다.
바이오 리파이너리의 생물공학적 방법 중 ‘시스템 대사공학’만을 100% 적용해 화학물질을 생산하는 사례가 점차 늘고 있지만, 생물공학적 방법과 화학반응의 통합공정이나 화학공정만을 활용하는 것이 더욱 효율적인 경우도 많다.
이번에 구축한 ‘바이오 기반 화학물질 합성 지도’는 화학물질 생산을 위한 생물공학적·화학적 반응 전체에 대해 최적의 합성 경로를 구축한 것으로, 앞으로 바이오 기반 화학제품 생산 연구에 귀중한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 보인다.
특히 중요성을 인정받아 네이처 카탈리시스는 ‘바이오 기반 화학물질 합성 지도’를 포스터로 제작해 관련 분야의 산업계, 연구계에서 활용할 수 있도록 전 세계에 배포할 계획이다.
이상엽 특훈교수는 “이번에 개발한 지도는 앞으로 시스템 대사공학이 나아가야 할 방향과 아이디어의 청사진을 제시해 준다는 점에서 의미가 있다”라며, “이는 향후 친환경 화학은 물론 의료·식품·화장품 분야 등 다양한 산업에 매우 유용하게 활용될 수 있을 것이다.”라고 밝혔다.
이번 연구는 과기정통부 ‘기후변화대응기술개발사업’의 ‘바이오 리파이너리를 위한 시스템대사공학 원천기술개발’ 과제 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 바이오 기반 화학물질 합성 지도
그림2. 네이처 카탈리시스 표지논문 디자인
2019.01.15 조회수 12937 -
우경민 석사과정에 총장 표창장 수여
우리 대학이 교내 화학물질 취급 사고에서 모범적인 대처를 한 전기및전자공학부 우경민 석사과정(지도교수 김훈)에게 13일 총장 표창장을 수여했다.
우경민 석사과정은 최근 교내에서 발생한 화학물질 취급 부주의 사고와 관련해 신속하고 침착한 대응으로 2차 사고를 방지하는데 크게 기여했다.
특히 위급한 상황에서도 빠른 상황 판단을 통해 사고자를 신속히 클리닉으로 동반 이송함으로써 타인의 귀감이 됐다.
학교 관계자는 학교의 명예를 높이고 다른 학생에게 모범이 되는 배려 넘치는 모습을 보였기에 특별포상자로 선정했다고 밝혔다.
2018.04.13 조회수 9887 -
이상엽 특훈교수, 상해교통대학 마스터포럼 강연
우리 학교 생명화학공학과 이상엽(49, KAIST연구원장) 특훈교수가 지난 14일 세계적인 저명 학자들이 초청되는 중국 상해교통대학에서 ‘시스템대사공학에 의한 친환경 화학물질의 생산’을 주제로 제 23회 마스터 포럼 강연을 했다.
마스터 포럼은 노벨상 수상자나 탁월한 업적을 낸 학술원 펠로우 등 세계적으로 저명한 학자들을 초청해 강연을 듣는 상해교통대학의 중요행사다. 마스터포럼 행사는 지신 등(Zixin Deng) 생명과학대학장의 축사에 이어 이 교수의 강연이 진행됐다.
강연 후에는 마스터포럼 기념패 수여식과 상해교통대학 도서관에 보관하게 되는 마스터 손바닥 프린팅 행사를 가졌다.
상해교통대학 관계자는 “미생물 및 생명화학공학 분야에서 전 세계 가장 탁월한 업적을 이룬 연구자인 이 교수를 초청해 마스터포럼을 개최하게 됐다”고 밝혔다.
이 교수는 현재 미래창조과학부의 기후변화 대응 기술개발사업과 글로벌프론티어 바이오매스 사업단 사업, 글로벌프론티어 지능형합성생물학 사업단에 참여해 화석원료로부터 생산되는 화학물질들을 재생가능한 비식용 바이오매스로부터 생산하기 위한 원천 및 응용기술들을 개발 중이다.
한편, 이 교수는 지난 19일 베이징에서 아시아 최초로 수여받은 암젠 생명화학공학상 수상기념 강연을 하기도 했다.
2013.06.25 조회수 10247 -
이상엽 특훈교수, 중국과학원 명예교수 추대
이상엽 특훈교수
- 미생물 대사공학 분야 업적 인정받아 -
우리 학교 생명화학공학과 이상엽(생명과학기술대학 학장) 특훈교수가 중국과학원 미생물연구소 명예교수로 최근 추대됐다.
이상엽 교수는 대사공학과 시스템생물학, 합성생물학 등을 접목해 시스템대사공학을 창시하고, 이를 다양한 화학물질 생산 시스템 개발에 적용해 바이오연료, 친환경 화학물질의 생산 공정을 개발한 공로를 인정받았다.
이 교수는 지난 2012년 미국화학회 마빈존슨상, 미국 산업미생물생명공학회 찰스톰상을 받았으며, 세계경제포럼 산하 생명공학 글로벌 아젠다 카운슬 초대 의장으로 선임되는 등 생명공학분야 세계적인 리더로서 인정받고 있다.
한편, 1958년 창립된 중국과학원 산하 미생물연구소는 1000여명의 교직원과 학생이 미생물관련 순수과학과 응용연구를 수행하는 이 분야 세계 최대 연구소다.
2013.01.03 조회수 11410 -
바이오분야 세계 정상급 전문가들, 한 자리에 모인다
- KAIST 이상엽 특훈교수, 앤드류 헤이건 WEF 화학산업 국장 등 -
- 5월 1~2일, 미국 플로리다주 올란도서에서 - - 산업바이오분야 발전전략 마련 위해 -
우리 학교 생명화학공학과 이상엽 특훈교수가 공동의장을 맡고 있는 ‘세계 산업바이오 자문회의’는 5월 1~2일 이틀간 미국 플로리다주 올란도에서 미국 생명공학산업협회와 공동으로 ‘세계 산업바이오 워크숍과 연례 자문회의’를 개최한다.
‘세계 산업바이오 자문회의’는 지난 2010년 출범했는데 현재 KAIST 이상엽 특훈교수와 영국 BP사의 수석바이오과학자 존 피어스박사가 초대 공동의장을 맡고 있다. 올해 열리는 회의에서는 앤드류 헤이건 세계경제포럼 화학 산업국장이 회의를 진행한다.
첫째 날인 1일 열리는 워크숍에서는 세계적 화학회사들이 바이오연료와 바이오화학물질의 상용화를 위한 전략을 발표하며 세계 각국의 정부와 기업체 등에 제시할 정책 등에 관해 논의할 예정이다.
2일 연례총회에서는 세계경제포럼에서 올해 선정한 10대 미래기술에 대한 논의가 이뤄지는데 그 중에서도 대사공학에 관해 세부적인 의견교환과 함께 산업바이오분야의 발전전략에 대해 토론할 예정이다. 연례총회에 국내에서는 박한오 바이오니아 사장, 승도영 GS칼텍스 연구소장, CJ제일제당 임상조 연구소장 등이 참석한다.
한편 ‘세계 산업바이오 자문회의’는 미국 듀퐁사, 네덜란드 DSM사, 덴마크 노보자임사, 독일 에보닉사, 영국 BP사, 일본 미쯔비시화학, 브라질 브라스켐사 등 세계 굴지의 화학회사와 미국 제노마티카사, 메타볼릭스사, 프랑스 메타볼릭익스플로러사 등의 세계적 벤처회사의 CEO와 임원들이 모여 만든 비영리 산업바이오관련 모임이다.
국내에서는 GS칼텍스, LG화학, 대상, CJ제일제당, 삼성종합기술원, 바이오니아 등이 이 모임의 회원사로 참가하고 있다.
이상엽 교수는 시스템대사공학 분야를 창시해 미생물의 대사회로를 시스템 수준에서 조작해 다양한 원유 유래 화학물질을 바이오기반으로 친 환경적으로 만드는 연구에서 세계적인 업적을 내고 있다. 현재 교육과학기술부 글로벌 프론티어 바이오매스 사업단과 지능형합성생물학사업단에서 관련 연구를 수행 중이다. 세계경제포럼, 국제 학회, 포럼 등에서 우리나라 녹색성장 관련 기술과 추진 전략의 우수성을 알리고 있다.
2012.04.30 조회수 12303 -
이상엽 특훈교수, 국제 산업미생물학회 개회 기조강연
- 2011년 암젠 기조강연자로 바이오기반 친환경 화학 산업에 관한 강연 -
우리 학교 생명화학공학과 이상엽 특훈교수가 오는 24일부터 28일까지 미국 뉴올리언즈에서 개최되는 ‘2011년 국제 산업미생물학회’의 암젠 개회 기조강연자로 초청받았다.
이 교수는 ‘미생물 시스템대사공학을 통한 바이오기반 화학물질 생산’을 주제로 강연한다.
이 학회에는 전세계 산업생명공학 분야 2천여명의 산학연 전문가들이 모인다. 이들은 재생 가능한 바이오매스로부터 화학물질, 연료, 고분자 등을 친환경적으로 만드는 방법에 대한 최신 연구동향을 발표한다.
암젠 기조강연은 산업생명공학분야에서 전세계 최고의 연구를 수행하고 있는 연구자를 초청해 연구 동향과 앞으로의 방향에 대한 개회 강연이다.
이에 앞서 이 교수는 지난 7월 20~21일 개최된 미국 에너지성 산하 공동바이오에너지연구소(Joint BioEnergy Institute)의 과학자문회의에 참석해 "바이오연료의 생산을 위한 대사공학"을 주제로 강연을 하기도 했다.
KAIST 이상엽 교수는 시스템대사공학 분야를 창시한 세계적 석학이다. 미생물의 대사회로를 시스템 수준에서 조작해 숙신산, 폴리에스터, 바이오연료, 아미노산 등 다양한 화학물질을 바이오기반 친환경적으로 만드는 연구에서 세계적인 업적을 내고 있다.
현재 교육과학기술부 시스템생물학 연구개발사업과 글로벌프론티어 바이오매스 사업단 사업 과제를 통해 바이오화학 산업에 필수적인 대사공학 원천기술들을 개발 중이다.
2011.07.22 조회수 10823 -
이상엽 특훈교수, 머크 대사공학상 수상
- KAIST 대사공학 연구, 세계정상 우뚝- 대사공학 이용 바이오기반 화학물질, 연료생산 기술선도 공헌
우리학교 생명화학공학과 및 바이오융합연구소 이상엽(李相燁, 44세, LG화학 석좌교수) 특훈교수가 세계적인 화학, 제약회사인 머크(Merck)사가 제정한 ‘머크 대사공학상(Merck Award for Metabolic Engineering)’ 수상자로 선정됐다고 밝혔다. 시상식은 오는 18일 대사공학 국제 학술대회가 열리는 멕시코 푸에르토 바야르타에서 있을 예정이며, 李 교수는 ‘시스템 대사공학(Systems metabolic engineering)’이라는 제목으로 머크상 수상 강연(Merck Award Lecture)을 하게 된다. 대사공학 국제학술대회는 매 2년마다 개최되며, 올해가 7회째다. 제 4회 학회 때에 제정되어 올해 4번째 수상자를 배출하게 된 머크 대사공학상은 학회 개최시기에 맞춰 그동안 대사공학 연구분야에서 업적이 가장 뛰어난 연구자 1인을 선정하여 시상하는 세계적 권위의 상이다. 수상자로 선정된 李 교수는 대사공학, 시스템생명공학, 바이오에너지 및 바이오리파이너리 분야에서 탁월한 연구를 수행해 왔으며, 최근에는 재생가능한 바이오매스로부터 숙신산 등의 핵심 화학물질들과 바이오부탄올 등의 화학 및 연료 물질 생산 관련 대사공학 연구를 집중적으로 수행하고 있다. 그동안 발표한 대사공학 관련 연구논문만도 200편이 넘는다. 그 외에도 생명공학저널(Biotechnology Journal)지 편집장, 바이오테크놀로지 바이오엔지니어링(Biotechnology and Bioengineering)지 부편집인, 대사공학(Metabolic Engineering)지 편집위원 등 국제학술지 편집업무에서도 큰 기여를 하고 있다.李 교수는 “이번 수상은 우리 KAIST 대사공학연구실의 졸업생, 재학생, 연구원들을 대표하여 받는 것이다. 지난 수년간 교육과학기술부의 바이오기술 개발 사업의 일환으로 진행되어 온 연구결과들이 하나씩 결실을 보고 있다. 그간 실험실 구성원 모두가 열심히 연구를 수행한 결과가 세계적으로 인정받게 되어 기쁘다. 앞으로 더욱 더 대사공학 연구에 매진하여 우리나라 생명공학 발전에 조금이라도 기여할 수 있는 연구 성과를 내고 싶다.”고 소감을 밝혔다.
<참고사항> ‘대사공학(Metabolic engineering)’은 생명체의 대사네트워크를 어떤 목적하에 조작, 원하는 방향으로 특성을 개량하는 제반 기술을 칭한다. 우리가 현재 일상생활에서 사용하는 휘발유, 경유, 플라스틱, 그리고 수많은 화학물질들은 한정된 자원인 원유로부터 유도되어 만들어져 왔다. 하지만, 최근 경험한 고유가와 지구온난화 등 심각한 지구환경문제로 인해 이러한 유용물질들을 재생 가능한 바이오매스로부터 생명공학 기법으로 생산하는 체제로 전환해야 할 시점에 왔다. 이러한 바이오 기반 생산에 활용되는 미생물은 자연계에서 분리하여 활용 시 효율이 매우 낮아 경제성을 맞추기가 힘들다. 이때 대사공학을 통해 원하는 물질을 보다 더 효율적으로 생산할 수 있도록 미생물을 개량하는 것이 요구된다. 대사공학은 기존에 생산되던 물질의 효율적인 생산 이외에도, 신규 화학물질과 신규 의약품 등의 개발을 위한 대사회로의 조작도 가능하게 하는 현대 생명공학의 필수 기술이다. 이것은 최근 우리 정부에서 중점 추진코자 하는 ‘녹색기술(Green technology)’의 핵심 기술이기도 하다.<용어설명>1) 대사공학: 세포의 대사 및 조절 회로를 체계적으로 조작하여 원하는 생산물을 고효율로 생산할 수 있도록 만드는 기술을 말한다. 2)시스템생명공학(systems biotechnology): 각종 오믹스(transcriptome, proteome, fluxome, metabolome) 데이터를 융합하고 전산 생물학 기법으로 해석하여 세포의 생리 상태를 다차원에서 규명함으로써 세포와 생명체 전체를 이해하고자 하는 시스템생물학 (systems biology)을 생물공정과 생산균주 개발에 적용하는 기술을 말하며, 고성능의 미생물 개발이 가능하다. 3) 바이오리파이너리(biorefinery): 원유를 정제 가공하는 리파이너리와 유사하게 만든 용어로서, 바이오매스를 생물학적 공정으로 변환하여 현재 석유화학공정에서 획득하 는 다양한 화학물질들을 생산하는 공정을 말한다.
2008.09.16 조회수 15583 -
KAIST, 대사공학 심포지움 개최
- 바이오에너지-바이오석유화학물질 생산 핵심 대사공학 기술의 최근 연구 동향 발표 - 오는 14일(목) 오후 1시20분, KAIST 응용공학동 영상강의실우리 학교 바이오융합연구소와 BK21 화학공학사업단은 ‘대사공학 심포지움’을 오는 14일(목), KAIST 응용공학동 영상강의실에서 개최한다.
고유가와 지구온난화 등 환경문제가 심화되면서 바이오매스로부터 화학물질을 생산하는 바이오리파이너리 프로그램과 바이오에너지 생산에 대한 연구가 전 세계적으로 진행되고 있다.
이 심포지움에는 7명의 국내 전문가가 바이오에너지와 바이오석유화학물질의 효율적인 생산을 위한 핵심 대사공학 전략과 최근 연구 동향에 대해 발표한다.
심포지움 주제 발표 내용은 ▲바이오에너지와 바이오석유화학물질 생산을 위한 대사공학(생명화학공학과 이상엽 특훈교수) ▲탄소 4개로 이루어진 핵심 화학물질을 생산하기 위한 인공 대사회로의 설계와 검증(한국화학연구원 조광명 박사) ▲새로운 화학물질을 생산하기 위한 아이소프레노이드 대사경로의 이용과 대사공학 전략(아주대학교 이평천 교수) ▲시스템생물학을 접목한 대사공학과 바이오리파이너리에 적용 전략(성균관대학교 진용수 교수) ▲생명체의 조절네트워크를 분석 응용하여 대사공학에 접목시키는 전략(고려대학교 오민규 교수) ▲대사공학적으로 개량된 대장균을 이용하여 바이오에탄올을 생산하는 전략(서강대학교 이진원 교수) ▲미생물의 디자인을 위한 대사공학과 합성생물학 전략(포항공대 정규열 교수) 등이다.
이 심포지움은 원유에 의존하던 화학, 에너지, 물질 생산을 재생 가능한 바이오매스 자원으로부터 효율적으로 생산하는데 필수적인 대사공학 기술의 최신 연구 동향을 살펴볼 수 있는 좋은 기회다.
2008.02.12 조회수 16696 -
KAIST-퀸스랜드 대학 협약
- 한-호주간 재생 자원의 바이오 화학물 및 재료 공동 개발 수행 - 양 대학 교수 및 학생 상호 방문 연구 지원, 인력 교류 확대 - 5월 3일(목) 그랜드 인터컨티넨탈 호텔에서 협약식
KAIST(총장 서남표)는 5월 3일(목) 오전, 서울 삼성동 그랜드 인터컨티넨탈 호텔에서 호주 퀸스랜드 대학(총장 존헤이 John Hay)과 공동 연구 개발 및 인력 교류를 위한 협약 체결식을 가졌다. ▲사진은 왼쪽부터 허동수 GS칼텍스회장, 서남표 KAIST총장, 폴 그린필드 호주 퀸스랜드대학 수석부총장, 피터 비티 호주 퀸스랜드 주 수상
양 대학은 이날 ‘재생자원의 바이오 기반 화학물질 및 재료의 공동개발’을 주내용으로한 협약서에 서명하고 ▲사탕수수에서 바이오 기반 화학물질과 재료 생산을 위한 플랫폼 대사공학 및 시스템 생물공학적 전략 수립 ▲화학물질과 재료를 생산하는 독점적 미생물 개발 ▲화학물질 및 재료의 생산을 위한 통합 응용생물학적 제조법 등을 공동 개발하게 된다. 또한, 공동연구를 위해 교수와 학생의 상호교류를 확대하고, 실험시설과 장비, 사무실을 공동으로 활용하게 되며, 외부 연구기금 유치 등에도 공동으로 협력하게 된다.
협약식에는 폴 그린필드(Paul Greenfield) 퀸스랜드대학 수석부총장, 피터 비티(Peter Beattie) 퀸스랜드 주지사, 피터 로우(Perter Rowe) 주한 호주대사, 서남표 KAIST 총장, 허동수 GS 칼텍스 회장, 김상수 KAIST 연구원장 등이 참석했다.
2007.05.04 조회수 13889