친환경 의료용 바이오플라스틱 생산하는 대장균공장 개발

<<이 기사의 국제 엠바고 3월 8일 오전 1시는 국제학술지 <네이처 바이오테크놀로지

국내 연구진이 화학적인 방법으로만 생산돼온친환경 의료용 고분자인 '폴리락테이트-co-글라이콜레이트'(PLGA)를 유전자 변형 대장균을 이용해 생산하는 기술을 처음으로 개발했다.

한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀은 7일 여러 단계의 유전자 조작과정을 거쳐 폐목재나 볏짚 같은 바이오매스에서 생산된 목당(xylose)이나 포도당(glucose)을 먹고 몸 안에서 PLGA만 선별적으로 만들어내는 대장균공장을 개발했다고 밝혔다.

PLGA는 락테이트(lactate)와 글라이콜레이트(glycolate)가 긴 사슬 형태를 이루는 공중합체로 생분해성, 생체적합성, 구조적 안정성, 낮은 독성 등 특성이 우수해약물전달체, 임플란트에 쓰이는 등 대표적인 의료용 바이오 플라스틱으로 알려졌으며 가격은 1㎏당 10달러 정도이다.

PLGA는 현재 미생물 발효로 얻어지는 락테이트와 석유화학 합성으로 얻어지는글라이콜레이트를 원료로 금속 촉매를 사용하는 중합반응을 통해 생산된다.

글라이콜레이트를 생물학적으로 생산하는 방법은 지금까지 개발되지 않았다. 또PLGA를 화학적으로 생산하는 공정은 여러 단계의 화학적 전환, 정제 등으로 복잡하고 비효율적일 뿐 아니라 유독성 금속 촉매가 사용돼 친환경적 못한 단점이 있었다.

이 교수팀은 이 연구에서 폐목재, 볏짚 등 재생 가능한 자원인 바이오매스에서생산되는 목당과 포도당 등을 흡수하고 체내 대사활동을 통해 PLGA를 생산하는 대장균주를 개발, PLGA를 기존 화학 공정보다 친환경적이면서 단순화된 공정으로 생산하는 대장균 공장을 만들었다.

대장균은 자연적으로 글라이콜라이트를 만들지 않기 때문에 외래 유전자를 대장균에 도입해 글라이콜레이트를 생산하게 하고 이어 글라이콜레이트와 락테이트를 결합해 PLGA를 만드는 효소를 추가로 도입했다.

연구진은 이 대장균 공장을 5ℓ 발효기 수준으로 구현했다. 대장균 100ｇ을 배양해 50ｇ의 PLGA를 얻을 수 있으며 앞으로 PLGA 수율을 더욱 높여나갈 계획이다.

연구진은 또 이 과정에서 불필요한 불순물(2HB)이 만들어지는 과정을 유전적으로제거해 PLGA만 생산되도록 했으며, PLGA에 다양한 단량체(3HB, 4HB, 2HIV, 5HV, 6HHA 등)을 추가로 결합해 여러 가지 물성을 가진 새로운 바이오 플라스틱도 생산했다.

이상엽 교수는 "이번 연구는 의료용 고분자의 대표적 물질인 PLGA를 만드는 미생물을 개발한 세계 첫 사례"라며 "인공고분자를 생물학적 방법으로 생산할 수 있는시스템을 구축했다는 점에서 큰 의미가 있다"고 말했다.

미래창조과학부 기후변화대응기술개발사업 지원으로 수행된 이 연구결과는 국제학술지 '네이처 바이오테크놀로지'(Nature Biotechnology, 3월 7일자) 온라인판에게재됐다.

scitech@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>