미 에너지부(DOE, Department of Energy) 산하의 NREL(National Renewable Energy Laboratory)은 셀루로스 섬유(cellulose fibre) 분해에 탁월한 새로운 효소를 발견했다.

이 효소는 셀루로스 섬유의 결정질 구조가 단순하든 고도로 복잡하든 관계없이 셀루로스 섬유를 분해할 수 있다. 다른 어떤 효소도 이런 능력을 갖고 있지 않다. CelA라고 불리는 이 효소는 혐기성 박테리아의 일종인 Caldicellulosiruptor bescii로부터 얻은 것이다. 연구자들은 3년 전 ‘Science’ 저널에 이 효소가 어떻게 우수한 촉매보다도 빠르게 바이오매스를 당으로 변환하는지 기고한 바 있다.

'Nature Scientific Reports' 저널에 실린 후속연구에서는 셀루로스 바이오연료의 상업화를 가로막는 기술적, 경제적 장벽을 제거하는데 이 효소가 도움이 될 수 있음을 입증했다. 식물 세포벽 내 셀루로스 섬유의 결정질 구조는 셀루로스를 분해하는 효소인 셀루라아제(cellulase)에 문제를 야기한다. 구조가 더 결정질이면 섬유소가 더 강하기 때문이다. 현재까지 시험된 곰팡이류 효소는 고도로 결정질인 섬유소를 쉽게 분해하지 못해 바이오연료 생산이 불가했다. 하지만 CelA는 결정질 세포벽의 분해에 탁월한 것으로 밝혀졌다.

CelA는 고도로 결정질인 셀루로스 분해나 낮은 결정질 구조의 분해에 모두 강하며 이는 다른 셀루라아제에서는 볼 수 없었던 특징이라고 이 연구를 이끌고 있는 NREL 연구원이 밝혔다. 셀루라아제가 좋을수록 바이오매스를 단당류로 더 빨리 변환할 수 있으며 프로세스 비용도 절감된다고 덧붙였다.

이 연구에서는 CelA가 어떻게 옥수수 대의 세포벽 구성성분인 glucan, xylan 및 lignin을 분해하고 상호작용하는지를 살펴보았다. 옥수수 대와 cotton linter라고 불리는 섬유소에 화학적 전처리를 했다. 이 실험을 통해 해당 효소의 작용에 결정질이 정도가 영향을 미치지 못함을 확인하였다.

연구는 CelA가 세포벽에 강성을 제공하는 lignin을 만날 때 난관에 부딪혔다. 같은 전처리 조건에서 일부 lignin이 남겨졌고 효소작용을 중단시키는 것이 확인되었다. 따라서 이 문제가 해결된다면 CelA의 상업화가 가속화될 것을 보인다. 이 연구는 DOE의 BioEnergy Science Center가 연구기금을 후원하고 있다.