재미 한국인과 국내 대학 공동 연구진이 식물을 이용한 에탄올 생합성의 장애물을 극복, 바이오 연료 생산 효율 개선의 길을 열었다.

일리노이대 진용수 교수와 박사후 과정 하석진 연구원, 서울대 서진호 교수 등이 참여한 한미 공동 연구진은 식물 속 포도당과 자일로스를 동시에 활용할 수 있는 효모균주(Saccharomyces cerevisiae)를 확립하고, 이를 이용한 동시발효법을 개발했다고 27일 밝혔다.

포도당이 효모균에서 발효 먹이로 선호되는 반면 식물의 잎.줄기에 풍부한 리그노셀룰로스의 구성 요소인 자일로스는 발효가 잘 되지 않는 당분이다.

식물 발효를 거쳐 바이오연료, 즉 에탄올을 생산하려고 할 경우 포도당이 먼저 효모균에 흡수되고 자일로스를 이용한 대사는 극도로 서서히 진행된다.

따라서 식물 발효로 에탄올을 생산하는 공정에서 자일로스는 생산비용을 높이는 장애물로 작용했다.

일리노이대와 서울대, 국립 로런스버클리연구소, 캘리포니아대, 에너지기업 BP 등으로 구성된 공동 연구진은 효모균 유전자를 변형시켜 포도당과 자일로스를 동시에 발효 원료로 이용하는 균주를 개발해 이런 문제점을 극복했다.

이번에 개발된 효모균은 포도당 분자 2개가 연결된 셀로바이오스와 자일로스를 이용해 포도당 발효와 동일한 속도로 신속하게 발효를 일으킨다고 연구진은 설명했다.

연구에 참여한 또 다른 한국인 연구자인 일리노이대학원 과정 김수린씨는 자일로스 발효의 문제점을 규명하고 이를 개선하는 방법을 찾아냈다.

이 균주는 또 셀로바이오스(포도당-포도당 결합)를 발효 원료로 곧바로 사용할 수 있기 때문에 별도의 분해 효소를 첨가할 필요도 없다는 것이 장점으로 꼽혔다.

논문의 주저자인 하석진 연구원은 "셀로바이오스와 자일로스 동시 발효법을 이용하면 같은 시간에 2배 이상 많은 에탄올을 생산할 수 있다"며 "이번 동시발효법의 시너지 효과 때문"이라고 말했다.

이에 따라 새 효모균은 기존의 자일로스 발효 균주에 비해 에탄올 생산 효율이 20% 이상 높은 것으로 나타났다.

진 교수는 "우리가 개발한 방법은 한 단계로 모든 과정을 끝낼 수 있다"며 "연구결과가 조만간 상용화할 수 있을 것으로 확신한다"고 말했다.

이번 연구는 미국립과학원회보(PNAS) 최신호에 실렸다.