- 미세조류 이용, 지속 가능한 친환경 플라스틱 원료 생산 가능성 열려

환경부 산하 국립낙동강생물자원관(관장 유호)은 친환경 플라스틱 원료인 PHA*를 생산하는 능력이 우수한 담수 미세조류를 발견했다고 밝혔다.

* 폴리하이드록시알칸산(Polyhydroxyalkanoate, PHA): 미생물이 세포 내에 축적하는 고분자 물질

PHA는 물리 화학적 특성이 기존 플라스틱 소재를 대체할 수 있고, 자연에서 미생물에 의해 쉽게 분해되어 친환경 소재로 주목받고 있다. 그러나 현재 세균을 이용한 PHA 생산과정에서 환경오염을 유발하는 배양 폐액 및 세포 부산물의 처리 문제는 해결해야 할 과제로 남아있다.

이를 해결하기 위해, 국립낙동강생물자원관 연구진은 2023년부터 ‘PHA 생산능 담수 미세조류 확보 및 배양기술 개발’ 연구를 수행하여, PHA의 생산능이 뛰어난 클로렐라(Chlorella) 속 담수 미세조류를 확보하였다.

연구진이 확보한 클로렐라(Chlorella) 속 미세조류는 태양광을 이용해 재배할 수 있고, 배양 폐액과 세포 부산물은 각각 농업용 친환경자재와 식품 및 사료 등으로 이용될 수 있다. 이를 이용하면 기존 세균을 이용한 PHA 생산방식의 문제를 해결할 수 있다.

확보한 미세조류 KGP1-12의 유전자(18S rRNA) 분석 결과, 클로렐라(Chlorella) 속 

미세조류들과 99.64~99.40%까지 서열 상동성(좌)이 확인되어 클로렐라(Chlorella) 

속으로 동정되었으며, 형태적으로 약 2~3㎛의 지름을 가지지만, PHA를 축적하기 시작하면 

6~7㎛로 세포의 지름이 증가하는 것(우)을 확인하였음.

또한, 연구진은 확보한 클로렐라(Chlorella) 속 미세조류의 PHA 함량을 약 4.5% 내외에서 30.8%까지 비약적으로 증대시킬 수 있는 유도 생산방법을 개발하여, 그 결과를 특허로 출원*하였다.

* 특허명: 폴리하이드록시알칸산을 고생산하는 신규 클로렐라 KGP1-12 미세조류와 이를 이용한 폴리하이드록시알칸산 유도 생산방법(출원번호: 10-2024-0159649)

클로렐라(Chlorella) 속 미세조류 KGP1-12의 PHA 생산능 분석

▲ PHA는 고분자 물질로 직접 정량이 불가능하여, 단량체로 분해시킨 후 PHA의 90% 이상을 구성하고 있는 주요단량체인 PHB(Poly 3-hydroxybutyrate)의 함량을 가스 크로마토그라피를 이용해 정량 분석하였음.

▲클로렐라(Chlorella) 속 미세조류 KGP1-12는 일반 배양에서 생체량(세포 건조물) 기준 약 4.5%의 PHB를 생산하였고, 개발한 유도 생산방법*을 적용할 시 30.83%까지 PHB를 함량이 증대되었음.

* 유도 생산방법: 배양액 내 인(Phosphorus) 결핍 처리와 복합 유기 탄소원(OCM) 공급

류시현 국립낙동강생물자원관 생물자원연구실장은 “향후 PHA와 같은 친환경 소재를 생산할 수 있는 담수생물의 확보와 이의 실용화를 위한 연구를 통해 환경오염을 방지할 수 있는 기술개발에 매진하겠다”라고 밝혔다.