"바다의 선물 해조류, 식용을 넘어 미래 연료 되다"

고려대 김경헌 교수 공동연구팀 '홍조류 자원 이용, 바이오에너지·바이오화학물질 생산' 성공

<이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다>

<이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다>

고려대학교(총장 정진택)는 생명공학과 김경헌 교수 연구팀(김동현 박사, 윤은주 박사, 유소라 박사과정)과 미국 일리노이대 진용수 연구팀이 공동 연구를 통해 홍조류 자원을 이용, 바이오에너지 및 바이오화학물질을 생산하는데 성공했다고 29일 밝혔다.

무분별한 화석연료 사용으로 인한 에너지 고갈과 지구온난화 등 기후변화 문제 해결을 위해 많은 연구자들은 화석연료로 만들어낼 수 있는 에너지와 다양한 물질들을 지속 가능한 미래에너지자원인 미생물, 식물, 동물 등의 생물체로부터 만들기 위한 연구를 활발히 하고 있다.

처음에는 사탕수수와 옥수수 등 식량을 이용해 바이오에탄올 등을 만들려 했지만, 식품을 이용한다는 윤리적인 문제와 식량 가격이 급등할 것이라는 문제점이 있었다. 이로 인해 식품으로 이용할 수 없는 갈대나 억새 등 비식용 작물을 이용해 바이오에너지나 바이오화학물질 생산을 위한 연구들이 진행돼 왔다.

하지만 이들은 리그닌이라는 주요 구성성분이 높은 함량으로 존재해 단단한 구조를 형성하기 때문에 쉽게 분해되지 않는 단점이 있다.

반면 해양식물자원인 해조류는 리그닌 함량이 매우 낮아, 구조가 단단하지 않고 쉽게 분해돼 이들을 자원으로 이용하기가 더 유리하다. 또 해조류는 이산화탄소를 고정, 공기 중 탄소를 제거하는 효율이 매우 높고 육상식물과 달리 넓은 경작지나 비료, 농업용수가 따로 필요하지 않다.

하지만 해조류들은 육상식물에는 존재하지 않는 독특한 탄수화물로 구성돼 있다. 예컨대 다시마와 같은 갈조류는 알긴산(alginate)이라는 독특한 구성성분을 지니고 있고, 꼬시래기 또는 우뭇가사리와 같은 홍조류는 아가로스(agarose)라는 독특한 구성성분을 지니고 있다. 현재까지 갈조류에 대한 연구는 활발히 진행되고 있으나, 홍조류에 대한 연구는 미흡하다.

홍조류의 아가로스는 갈락토오스에서 물 한 분자가 빠진 무수당과 갈락토오스로 구성되어 있는데, 이를 대사할 수 있는 미생물이 매우 제한적이고 독특한 고리형태로 인해 산과 열에 매우 취약해 쉽게 변성되기 때문에 이를 이용해 다른 유용한 물질을 생산하기 매우 어렵다.

연구진은 무수당의 불안정성을 해결하고 다양한 플랫폼 화학물질로 전환될 수 있는 새로운 플랫폼 화합물을 생산하고자 했다. 이를 위해 홍조류의 대표 다당류인 아가로스로부터 무수당을 손쉽게 생산할 수 있는 화학공정과 생산된 무수당의 알데하이드 그룹을 생물학적으로 환원시킬 수 있도록 대사공학기법을 이용한 재조합 효모를 만들어 생물학적 공정을 통해 열 안정성이 높은 알코올 형태인 무수당알코올로 전환할 수 있는 통합공정을 구축하는데 성공했다.

이 무수당알코올은 비누, 화장품, 의약품, 살충제 등에 사용되는 중요한 플랫폼 화합물인 지방산에스테르로 전활 될 수 있어 의미가 크다. 뿐만 아니라, 물 한 분자를 더 제거함으로써, 플라스틱, 습윤제, 협심증 치료제 등에 사용되는 범용 화합물인 이소소르비드(isosorbide)로 전환될 수도 있다. 앞으로 홍조류를 자원으로 이용한 여러 연구들이 활발히 진행될 수 있을 것으로 기대된다.

연구 결과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구실지원사업 및 C1가스리파이너리사업 등의 지원을 받아 수행됐으며, 지난 2월 24일 영국화학회가 발간하는 국제학술지 Green Chemistry에 게재됐다.