일산화탄소 전환효소 CODH의 기질통로. 사진=김용환 울산과학기술원 교수

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국내 연구진이 산업 폐가스를 별도 사전 처리 없이 화학 원료로 이용할 수 있도록 만드는 효소 개발에 성공했다.

한국연구재단(이사장 이광복)은 김용환 교수(울산과학기술원), 이형호 교수(서울대) 연구팀이 일산화탄소 전환효소에 단백질 설계기술을 적용, 철강 산업 폐가스를 화학 원료로 만들 수 있는 고효율·고안정성 효소를 개발했다고 15일 밝혔다.

독성물질이 혼합·방출되는 산업 부생가스 중 일산화탄소를 사용하기 위해 고순도로 정제하려면 분리 공정에 상당한 비용이 필요하다. 별도 공정 없이 화학 물질을 생산하려면 일산화탄소 전환효소가 필요하지만, 일반적으로 발견되는 자연형 일산화탄소 전환효소는 공기에 취약해 실제 폐가스 등에 적용하는 것은 한계가 있다.

연구팀은 일산화탄소 전환효소 3차원 입체구조를 구현, 자연계에 존재하는 모든 일산화탄소 전환효소에서 공통 발견되는 산소전달 핵심 부위를 인공적으로 재배열해 산소가 있어도 빠른 속도로 촉매반응을 할 수 있는 효소를 개발하는 데 성공했다.

재설계된 효소는 선택적으로 산소 분자 이동을 차단해 안정성을 개선했다. 재설계된 효소를 통해 전처리 되지 않은 모든 폐가스를 화학 원료로 직접 전환할 수 있는 성능도 확인, 이를 대량의 개미산으로도 생산할 가능성을 입증했다.

연구팀은 “산소 안정성을 높여 공기 수준 산소가 포함된 환경에서도 활성이 유지되는 효소 개발이 필요한 상태”라며 “이 효소를 산업현장에서 장기간 안정적으로 적용할 수 있는 반응공학적 기술개발이 선행돼야 한다”고 말했다.

한편 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 C1가스리파이너리사업 등 지원으로 수행된 이번 연구성과는 화학/화공 분야 국제학술지 '네이처 카탈리시스(Nature Catalysis)'에 지난 9월 12일 게재, 표지논문 및 하이라이트로 선정됐다.

대전=이인희기자 leeih@etnews.com

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