2024년 8월 26일, 한국과학기술원(KAIST)이 기존의 화석 연료 기반 플라스틱을 대체할 수 있는 친환경적인 방향족 폴리에스터 생산 기술을 성공적으로 개발했다고 발표했다. 이 기술은 환경 오염 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

KAIST의 이병준 박사와 강민주 석사과정생, 이상엽 특훈교수 연구팀은 최신 대사공학 기술을 활용하여 방향족 폴리에스터를 고효율로 생산할 수 있는 미생물 균주를 개발했다. 연구팀은 대장균을 이용해 방향족 단량체인 페닐 젖산(PhLA)의 생합성 회로를 강화하고, 대사 회로를 조작하여 세포 내부에 축적된 폴리에스터의 비율을 높였다.

방향족 폴리에스터는 벤젠과 같은 방향족 화합물과 에스터 결합을 포함하는 고분자로, 기존의 생분해성 플라스틱인 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)보다 뛰어난 열적 안정성과 내구성을 지닌다. PHA는 생분해성과 생체 적합성이 뛰어나 식품 포장재와 의료용품 등에 사용되지만, 생산된 PHA는 물성 면에서 제한적이고 상업화에 어려움을 겪어왔다.

KAIST 연구팀은 이 기술을 통해 세계 최고 농도인 12.3±0.1 g/L로 폴리(PhLA)를 생산하는 데 성공했다. 연구팀은 대장균을 이용한 발효 과정에서 최적화를 진행하며 30L 규모의 유가식 발효를 통해 산업화 가능성을 입증했다. 이로써, 방향족 폴리에스터는 향후 약물 전달체로서의 가능성뿐만 아니라 향상된 기계적 물성과 열적 물성을 보이며 상업화에 적합한 성질을 갖추게 되었다.

이 연구에서는 또한 PHA 합성 효소의 삼차원 구조를 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 예측하고, 효소의 기능과 구조 간의 상관관계를 바탕으로 효소를 개량하여 중합 효율을 개선했다. 효소의 개량은 분자 도킹 시뮬레이션과 분자 동역학 시뮬레이션을 통해 이루어졌으며, 이는 생산 과정에서의 경제성과 효율성을 크게 향상시켰다.

이영준 박사는 "친환경 원료와 방법으로 미생물 기반의 방향족 폴리에스터를 세계 최고 농도로 생산한 것은 매우 중요한 성과"라며, "이 기술이 플라스틱으로 인한 환경 오염 문제를 해결하는 데 중요한 기여를 할 것"이라고 전했다. 연구를 주도한 이상엽 교수는 "이번 연구가 기후 변화와 플라스틱 문제 해결에 큰 역할을 할 것으로 기대된다"고 강조했다.

KAIST의 이번 연구는 지속 가능한 플라스틱 대체 기술 개발에 중요한 이정표가 될 것으로 보이며, 향후 플라스틱 오염 문제 해결에 크게 기여할 것으로 예상된다.

이효진기자/2024.08.26

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