초록 ▼

현재 유지되는 화석연료 기반 산업의 대안으로 바이오리파이너리가 제시되고 있다. 이를 위한 바이오매스로는 곡물자원을 활용한 1세대 바이오매스, 작물의 줄기나 폐목재 등을 사용하는 2세대 바이오매스 그리고 해조류를 활용한 3세대 바이오매스가 있다. 이중 2세대 바이오매스인 목질계 바이오매스는 막대한 자원량과 저장성 및 대체성이 용이한 장점이 있는 반면 주성분인 lignocellulose는 가수분해공정으로 xylose와 arabinose를 회수할 수 있으나 자연계의 대부분의 미생물에 의해 발효가 되지 않는다. 따라서 lignocellul

현재 유지되는 화석연료 기반 산업의 대안으로 바이오리파이너리가 제시되고 있다. 이를 위한 바이오매스로는 곡물자원을 활용한 1세대 바이오매스, 작물의 줄기나 폐목재 등을 사용하는 2세대 바이오매스 그리고 해조류를 활용한 3세대 바이오매스가 있다. 이중 2세대 바이오매스인 목질계 바이오매스는 막대한 자원량과 저장성 및 대체성이 용이한 장점이 있는 반면 주성분인 lignocellulose는 가수분해공정으로 xylose와 arabinose를 회수할 수 있으나 자연계의 대부분의 미생물에 의해 발효가 되지 않는다. 따라서 lignocellulose의 가수분해물에 존재하는 5탄당을 최대한 이용할 수 있는 균주의 발효 능력이 바이오리파이너리 또는 바이오에너지 분야의 경쟁력을 증가시키기 위해 필수적인 요소이다. 자연계에서 xylose, arabinose 등의 5탄당을 이용하는 박테리아나 효모는 많이 알려지지 않았으며, 주로 Pichia stipitis 등에 대한 연구가 이루어지고 있다. 최근에는 박테리아의 xylose나 arabinose 대사과정을 효모에 직접도입하여 대사산물의 생산공정을 단순화하기 위한 대사공학적 연구가 활발하게 진행되고 있다. 박테리아성 유전자의 발견은 효모내 오탄당 대사단계를 줄일 수 있고, 대사과정시 발생하는 부산물로 인한 문제점도 극복할 수 있다. 본 연구팀은 박테리아 유래의 5탄당 대사 관련 유전자를 효모에 도입하여 5탄당 대사를 가능하게 하였고 다양한 바이오매스로의 적용을 위해 육탄당 중 galactose의 대사 속도를 개선시키는 연구를 함께 진행하였다.

자연계에 존재하는 박테리아 및 곰팡이의 xylose, arabinose, galactose 대사 관련 유전자의 탐색 및 확보가 우선되어 Lactobacillus sp. 5종, Bacillus sp., Listeria sp. 그리고 Pediococcus sp. 각각 한 종씩의 xylose isomerase 유전자 및 유사 유전자를 확보하였다. 또한 galactose의 대사 속도를 증가시키는데 관여하는 유전자 역시 확보하였다. 유전자들을 Saccharomyces cerevisiae BY 4742 에 도입하여 xylose, arabinose, galactose를 모두 소비하도록 균주를 제작하였다. Xylose, arabinose, galactose가 15 g/l 포함된 혼합당 배지(YPMS: yeast extract 10 g/l, bacto peptone 20 g/l, xylose 5 g/l, arabinose 5 g/l, galactose 5 g/l)에 제작된 혼합당 분해 균주를 배양하여 본 결과 192시간동안 1.5 g/l의 xylose만 남고 arabinose와 galactose는 모두 소비하였다. 특히 control 균주에 비해 혼합당 균주의 galactose 소비능이 2.1배 향상하였다. 본 연구의 두 번째 목표인 효모에서 바이오디젤의 한 종류인 지방산 유래 에틸 에스터(FAEEs)의 생산을 위하여 WS/DGAT 발현 시스템을 도입하였다. Acinetobacter baylyi ATCC 33305의 wax esterase atf1(atfA) 유전자를 이용하였다. 제작된 recombinant S. cerevisiae를 배양한 결과 glucose를 이용하여 2 g/L 이상의 FAEEs를 생산하였다. 앞서 제작된 혼합당 사용 균주와 FAEE 생산 균주를 이용하여 혼합당을 이용한 FAEEs 생산 균주(FEMS, Fatty acid Ethyl ester from Mixed Sugar)를 제작하였다. 이 재조합 균주 FEMS를 이용하여 혼합당 배지(YPMS)에서 배양한 결과 FAEEs의 생산량은 0.5 g/L이고, 168시간 후 약간의 xylose를 제외한 arabinose, galactose를 모두 사용하였다.