바이오 연료의 한계를 뛰어넘는 인공 효모를 개발

MIT 연구자들은 짚푸라기, 잡초 등 옥수수 이외의 식물에서도 바이오에탄올 원료로 이용할 수 있는 방법을 개발했다.

셀룰로오스계의 바이오매스의 분해부산물인 알데히드를 알코올로 변환할 수 있도록 효모를 조작하면서 효모의 알코올 내성을 높이는 기술을 사용했다.

연구 성과는 'Science Advances'지에 2021년 6월 25일자에 공개되었다.

에탄올을 비롯한 바이오 연료의 생산 촉진은 화석연료의 삭감으로 이어진다고 한다.

현재의 바이오에탄올 원료는 옥수수에 의존하지만 실은 연료 수요를 충족시키기에 충분한 양을 생산하지 못하고 있다.

미국에서는 자국내 옥수수 수확량의 약 40%를 에탄올 생산에 사용하는데, 옥수수는 본래 식용 농산물인데다 성장을 위해 많은 양의 물과 비료가 필요하다.

반면 짚이나 잡초, 옥수수의 먹을 수 있는 부분을 원료로 한 셀룰로오스계 바이오연료는 연간 10억t 이상이 생산되며 식용으로 경쟁하지 않고도 옥수수를 대체할 것으로 기대되고 있다.

셀룰로오스계 바이오매스를 이용할 수 있다면 최대 미국에서 사용되는 석유의 50%를 대체할 수 있다는 계산이다.

그러나 셀룰로오스계 바이오매스는 분해가 어려울 뿐만 아니라 에탄올을 생성하는 미생물에게 유해한 알데히드를 포함한 많은 부산물이 생성되기 때문에 바이오연료의 원료로 사용되지 않는다.

그래서 MIT팀은 에탄올 생산 미생물인 효모에 알데히드를 알코올로 변환하는 효소를 첨가하고 효모의 막을  강화함으로써 고농도 에탄올 속에서도 생존할 수 있도록 했다.

그 결과 기존 효모주의 에탄올 수량보다 80% 향상되었고, 옥수수 에탄올에 필적하는 수준까지 에탄올 생산량을 증가 시킬 수 있었다.

이 효모는 스위치글라스(잡초의 일종), 밀짚, 콘스토버(잎 줄기 등 옥수수의 비식부) 등 5종류의 셀룰로오스계 바이오매스로 에탄올의 고수율화가 가능했다.

연구팀은 또 에탄올 이외에도 알데히드에서 바이오플라스틱의 전구체인 젖산을 생산하는 효소를 도입하는 데 성공했다.

이 결과는 바이오디젤이나 바이오플라스틱 등 다른 물질의 생산에도 이번 기법을 응용할 수 있는 가능성을 보여주고 있다.

Stephanopoulos MIT 화학공학부 교수는 '현재 우리는 대부분의 종류의 생산경로에 추가할 수 있는 내성 모듈을 가지고 있습니다.

목표는 이 기술을 중유나 디젤 연료, 제트 연료등의 생산에 적합한 또다른 물질로 확대 생산하는 것입니다'라고 말하고 있다.

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Engineered yeast could expand biofuels’ reach



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