고농도 메탄올 환경에서도 야생에서보다 1.68배 빠르게 증식하며 유용한 석유화학 원료를 생산하는 미생물 균주가 개발됐다.
울산과학기술원(UNIST)은 김동혁 에너지화학공학과 교수팀이 적응형 진화 기술로 C1 바이오 리파이너리용 메탄올 내성 균주를 만들고 핵심 유전자 변이를 규명했다고 22일 밝혔다. 연구결과는 지난해 12월 8일(현지시간) 국제학술지 '저널 오브 바이올로지컬 엔지니어링'에 공개됐다.
C1 바이오 리파이너리는 탄소(C) 원자가 1개 포함된 분자인 C1을 미생물에 먹여 기존 석유화학 공정으로 생산하던 플라스틱 원료 등을 생산하는 기술이다. 알코올인 메탄올은 C1 원료 중에서도 저렴하고 운송과 저장이 쉽다.
바이오 리파이너리 기술이 경제성을 갖추려면 고농도 메탄올 환경에서도 균주가 빠르게 번식해야 한다. 메탄올은 세포에 독성을 나타내기 때문에 일반적인 균주는 메탄올 농도가 1%를 넘으면 성장이 억제된다.
연구팀은 메탄올 농도를 높여가면서 살아남은 균만 골라내 다시 배양하는 적응형 진화를 통해 메탄올 내성이 높은 균주를 확보했다. 0.5%부터 0.25%씩 단계적으로 농도를 높여 약 4개월간 800세대에 걸친 연속 배양이 수행됐다. 그 결과 2.5%의 고농도 메탄올 환경에서 야생형 균주보다 최대 1.68배 성장률이 높은 진화 균주가 등장했다.
유전자 분석 결과 내성을 갖춘 모든 균주에서 metY, kefB 유전자 돌연변이가 공통으로 나타났다. 고농도 메탄올 환경에서 metY 돌연변이는 메탄올 대사의 독성 부산물인 메톡신 합성을 억제하고 kefB 돌연변이는 세포의 에너지를 효율적으로 활용하는 데 기여했다.
제1저자인 이규민 UNIST 연구원은 "유전자 변이 정보를 이용하면 다시 적응형 진화를 거치지 않아도 유전자 가위 등을 통해 메탄올 내성 균주를 단시간에 대량으로 설계하고 생산할 수 있다"고 설명했다.
김 교수는 "바이오 플라스틱이나 유기산 생산 과정에서 공정 단가를 낮추고 생산량을 늘려 경제성을 확보하는 데 도움이 될 것"이라고 밝혔다.
<참고 자료>
- doi.org/10.1186/s13036-025-00557-1