생물학적 방법으로 산업 화학물질 대량생산 가능성 열어

미래창조과학부(장관 최양희) 글로벌프론티어사업(지능형바이오시스템설계및합성연구단)을 수행한 한국과학기술원(KAIST) 이상엽 교수팀은 세계 최초로 대장균을 이용하여 폴리에스터 섬유 등의 주원료로 사용되는 테레프탈산*을 생합성**하는데 성공하였다.

* 테레프탈산 : 폴리에스터 섬유, PET병 등의 주원료로 사용되며 각종 병류, 전기/전자용품 등에 응용되는 주요 화합물

** 생합성 : 생물체에서 세포의 작용으로 유기물질을 합성하는 일. 이 성질을 이용하여 실험적 또는 공업적으로 여러 물질의 선택적 합성이 가능

▲ 대장균을 이용한 파라자일렌으로부터 테레프탈산 바이오전환 전체 개념도

현재 테레프탈산은 산업적으로 화학공정을 통해 제조(생산효율 95mol%)되고 있으나 이러한 공정은 에너지 소모가 많고 유독성 촉매를 사용함으로써 환경 친화적이지 못한 단점이 있다.

반면 이번에 개발된 대장균을 통한 테레프탈산 생산은 친환경적 방법으로 현 생산효율 이상(생산 효율 97mol%)의 생산이 가능하다.

현재 산업계 테레프탈산 생산 공정은 주로 파라자일렌** 산화 화학공정을 통해 제조(95mol% 이상의 전환효율)하며 유독성 금속 촉매(망간, 코발트 등) 사용 및 고온 고압의 환원반응을 통해 정제하고 있다.

** 파라자일렌 : 테레프탈산의 주 원재료

논문의 주요 내용은 다음과 같다. 

이번 연구결과는 섬유에서 PET병, 자동차부품까지 폭넓게 사용되는 테레프탈산을 미생물을 활용한 친환경적인 방법으로 대량생산할 수 있다는 점에서 큰 의미를 갖는다.

이상엽 교수(한국과학기술원) 연구팀의 연구결과는 국제적인 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 온라인 판 5월 31일자에 게재되었다.*

* 논문명과 저자정보는 다음과 같다.

▶ 논문 명 : Biotransformation of p-xylene into terephthalic acid by engineered Escherichia coli

▶ 저자정보 : 이상엽 교수(교신저자, 한국과학기술원), Zi Wei Luo(제1저자, 한국과학기술원)

이상엽 교수는“이번 연구는 대장균을 이용해 폴리에스터 섬유, PET 제조 등에 사용되는 테레프탈산을 생합성함에 따라 생물학적 방법을 통한 산업 화학물질의 대량생산 가능성을 보여 주었고, 이는 탄화수소*를 화학공정없이 친환경적으로 전환할 수 있는 획기적 돌파구가 될 것이라는 점에서 큰 의미를 가진다”고 말했다.

* 탄화수소 : 탄소와 수소로 이루어진 유기화합물로 석유화학공업에서 많은 화학제품의 원료가 됨(석유, 석탄, 천연가스의 주성분)