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| 연구팀 및 연구 피규어./사진제공=충남대 |
[아시아뉴스통신=박희석 기자] 충남대학교 식품공학과 김희택 교수 연구팀이 강원대, 가톨릭대, 한국화학연구원과의 공동연구를 통해 바이오매스 유래 당 성분 분석을 기반으로 미생물 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 핵심 전략을 개발했다고 2일 밝혔다.
이번 연구 결과는 바이오공학 분야 상위 학술지인 ‘Bioresource Technology’(IF: 9.0, JCR 상위 2.5%)에 3월 게재돼 학술적 우수성을 인정받았다. 이번 연구는 박광영 석사과정생(충남대), 이회석 박사(강원대), 이동영 석박사통합과정생(가톨릭대), 최준호 박사(한국화학연구원)가 공동 제1저자로 참여했으며, 김희택 교수(충남대), 윤은주 교수(가톨릭대), 연영주 교수(강원대)가 공동 교신저자로 연구를 이끌었다.
바이오매스 기반 당은 미생물 발효 공정에서 주요 탄소원으로 활용되지만, 그 안에 포함된 다양한 기능성 성분에 대한 체계적인 분석과 활용은 상대적으로 부족한 실정이었다. 특히 미생물 생산성 향상은 주로 균주 개량이나 공정 최적화에 의존해 왔으며, 배지 내 미량 성분이 대사에 미치는 영향은 충분히 규명되지 않았다.
공동연구팀은 단수수 부산물(sweet sorghum bagasse) 유래 바이오슈거를 분석하는 과정에서 ‘구연산(citrate)’이 미생물 대사에 중요한 영향을 미치는 핵심 인자임을 확인하고, 이를 배지에 직접 적용하는 전략을 제안했다. 연구팀은 시간별 대사체 및 mRNA 분석을 통해 구연산이 TCA cycle 기반 대사를 활성화시키고 세포 내 ATP와 NADH 수준을 동시에 증가시킨다는 사실을 규명했다.
이를 통해 이완 및 스트레스 완화 기능으로 주목받는 L-테아닌 생산량과 수율이 모두 유의하게 증가했으며, 기존 대비 생산성이 크게 향상되는 결과를 확인했다. 특히 구연산이 세포의 에너지 대사와 환원대사를 동시에 강화함으로써 생산 공정 전반의 효율을 높이는 핵심 메커니즘을 입증했다.
연구팀은 해당 전략을 테아닌에 국한하지 않고 라이신, 글루타르산, 5-hydroxyvaleric acid(5-HV) 등 NADH 의존 생산 경로에도 확장 적용했으며, 이들 물질의 생산량 역시 최대 약 2배 이상 증가하는 성과를 확인했다. 이는 구연산 기반 배지 강화 전략이 특정 물질을 넘어 다양한 바이오 화합물 생산 공정에 폭넓게 적용될 수 있음을 보여준다.
이번 연구는 바이오슈거를 단순한 탄소원으로 활용하는 기존 접근을 넘어, 그 안에 포함된 기능성 성분을 정밀 분석해 생산성 향상 전략으로 연결했다는 점에서 학술적·기술적 의의가 크다. 특히 균주 개량과 배지 설계를 통합적으로 고려한 접근법은 향후 산업용 미생물 기반 바이오공정의 효율성을 크게 높일 수 있는 새로운 방향성을 제시한다.
김희택 교수는 “바이오슈거 분석을 통해 생산성을 높이는 숨겨진 인자를 발굴했다는 점에서 의미가 크다”며, “균주 개량과 배지 설계를 함께 고려하는 통합 전략의 중요성이 더욱 커질 것”이라고 밝혔다.
한편, 이번 연구는 한국산업기술평가관리원(KEIT)의 ‘순환자원(바이오매스&폐플라스틱)기반 지속가능한 비욘드 플라스틱 개발‘ 사업, KEIT, 한국연구재단(NRF)의 연구개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
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