대사공학, 기후위기·고령화 등 범지구적 문제 해결할 수 있을까


이상엽 KAIST 특훈교수, 대사공학 30년 역사 총정리

[아이뉴스24 정종오 기자] 대사공학(metabolic engineering)이 기후 위기, 환경오염, 식량과 에너지 부족, 고령화 사회 건강 문제 등 범지구적 문제를 해결할 수 있을까.

대사공학이란 대사 물질의 생산경로 변형(modify)을 통해 목적 대사 물질의 생산을 최적화하는 기술을 의미한다. 대사공학은 생산경로 유전자의 과발현, 경쟁 경로 유전자의 제거, 외래 유전자의 도입 등을 통해 미생물이 가지고 있는 고유의 대사 경로를 변형시킨다. 자연적 과정을 인위적 개입을 통해 원하는 산물의 생산을 극대화하는 셈이다.

한국과학기술원(KAIST, 총장 이광형)은 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 지난 30년간 대사공학이 발전해온 역사를 정리해 대사공학이 지속 가능한 발전에 어떻게 이바지할 수 있는지 분석한 결과를 ‘지속 가능성과 건강을 위한 대사공학’ 논문으로 발표했다고 25일 발표했다.

대사공학이 기후 위기, 환경오염, 식량과 에너지 부족, 고령화 사회 건강 문제 등 범지구적 문제를 해결할 수 있을까. 이상엽 KAIST 특훈교수 연구팀이 지난 30년 동안의 대사공학 역사를 총정리한 논문을 내놓았다. [사진=KAIST]
대사공학이 기후 위기, 환경오염, 식량과 에너지 부족, 고령화 사회 건강 문제 등 범지구적 문제를 해결할 수 있을까. 이상엽 KAIST 특훈교수 연구팀이 지난 30년 동안의 대사공학 역사를 총정리한 논문을 내놓았다. [사진=KAIST]

대사공학은 1990년대 초반부터 본격적으로 연구돼 지난 30년 동안 눈에 띄는 발전을 이뤘다. 대사공학은 산업, 의료, 농업과 환경 분야를 포함한 대부분의 생명공학 분야에서 적용돼왔다. 미생물 공학에 중점을 두고 연구가 진행됐다.

다양한 발효 식품과 알코올음료 생산 등 미생물을 이용한 물질 생산은 오랜 역사가 있다. 미생물은 동식물에 비해 빠르게 자랄 수 있어 실험에 드는 시간과 비용이 적게 든다. 유전자 변형 생물(Genetically Modified Organism, GMO) 관련한 윤리와 안정성 문제에서 동식물과 비교해 미생물의 유전공학은 상대적으로 자유로워 미생물에 관한 대사공학 연구가 광범위하게 시행돼왔다.

현재까지 대사공학을 통해 개발한 미생물은 재생 가능한 바이오매스로부터 바이오 연료, 바이오 플라스틱, 산업용 대량 화학물질, 화장품 성분과 의약품까지 수백 가지의 화학물질이 생산을 가능케 했다.

대사공학은 미생물과 곤충을 포함한 동식물의 자연적 정화 과정에서 영감을 얻어 미생물 기반의 다양한 생물학적 정화 방법을 개발하기 위해 이용해 왔다. 오염 물질과 독성 화학물질의 분해 경로를 변형함으로써 유출된 기름, 폐플라스틱, 살충제, 폐기된 항생제와 같은 물질을 더 높은 효율로 분해할 수 있도록 미생물을 개량할 수 있다.

연구팀은 이번 연구에서 지난 30년 동안 대사 공학이 발전하며 어떻게 바이오 기반 화학물질의 지속 가능한 생산, 인류 건강과 환경 문제까지 이바지했는지에 대한 광범위한 개요를 제공했다.

이상엽 KAIST 특훈교수는 대사공학의 태동기부터 연구를 수행해 왔으며 2000년대 들어서 두드러진 합성생물학의 발전과도 함께해 왔다. 연구팀은 이번 논문을 통해 대사공학의 출현부터 인공지능을 활용한 최신 기술의 도입까지 지난 수십 년 동안 어떻게 사회적, 산업적, 기술적 요구를 해결하기 위해 어떻게 발전해왔는지 정리했다.

공동 제1 저자인 KAIST 생명화학공학과 김기배 박사과정생은 “기존의 석유화학 공정 기반의 화학물질 생산으로 기후 위기와 화석 연료 고갈 문제를 고려했을 때 대사공학을 이용한 화학물질의 지속 가능한 생산 연구는 더욱 중요해지고 있다”고 말했다.

이상엽 특훈교수는 “이번 연구에서 대사공학의 역사를 돌이켜봄으로써 대사공학의 지속가능발전목표를 달성하기 위한 기여를 조명했으며 우리 사회가 직면한 기후 위기, 환경오염, 헬스케어, 식량과 에너지 부족 문제에 대한 해결책으로서 대사공학이 점점 더 중요한 역할을 할 것”이라고 강조했다.

이번 논문(논문명 : Metabolic engineering for sustainability and health)은 셀(Cell)이 발행하는 생명공학 분야 리뷰 저널인 ‘생명공학 동향(Trends in Biotechnology)’ 40주년 특집호 온라인판에 실렸다.

/정종오 기자(ikokid@inews24.com)







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