메탄(Methane)가스로부터 원유 대체원료를 뽑아낼 수 있는 바이오 소재가 개발됐다.
한국연구재단은 고려대 이지원 교수 연구팀이 메탄산화효소(Methane Monooxygenase: MMO)를 활용하는 바이오 공정 핵심입자를 만들었다고 4월2일 발표했다.
메탄가스는 지구에서 가장 풍부한 가스 자원으로 메탄가스를 메탄올(Methanol)로 변환하면 원유를 대체해 다양한 소재를 생산할 수 있다.
현재 메탄가스로 메탄올을 생산하는 화학적 산화 공정은 높은 에너지 소비, 환경오염 유발, 낮은 반응 전환율 등 많은 한계가 있어 학계에서는 메탄 산화 세균 유래 메탄산화효소 활용 방식을 시도하고 있다.
막 단백질 형태로 존재하는 메탄산화효소는 매우 온화한 조건에서도 메탄가스를 선택적으로 메탄올로 바꿀 수 있기 때문이다. 부산물 발생도 거의 없다.
다만, 메탄 산화 세균은 고농도 배양이 어렵고 기술적 난이도가 높아 성공적인 개발 사례를 아직 찾아보기 어려운 것이 현실이다.
연구팀은 유전공학 기술로 메탄산화효소의 핵심 활성 부위만을 다루어 자연상태 메탄산화효소와 거의 같은 수준의 활성을 갖는 효소 나노입자를 구현했다. 해당 입자는 이른 시간에 고농도로 쉽게 배양되는 대장균을 이용해 대량으로 만들 수 있고, 효소 나노입자를 다공성 하이드로겔에 고정하면 안정적으로 활성이 유지됐다.
장시간 반복적으로 재사용할 수도 있다.
연구팀은 막 단백질 형태 메탄산화효소 활성 부위 구조를 명확히 규명하는 과학적 성과도 얻었다.
이지원 교수는 “기존 화학적 메탄산화공정을 고효율 바이오 공정으로 대체하기 위한 디딤돌”이라며 “효소 나노입자를 안정적·반복적으로 재사용할 수 있는 생산 시스템을 적용하면 산업적 활용 가치가 있는 바이오 공정 개발에 이바지할 수 있을 것”이라고 강조했다.
연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구) 지원으로 수행했고, 연구성과를 담은 논문은 국제학술지 Nature Catalysis에 실렸다.