석유에서 화학제품을 생산하는 공정을 대체해 새롭게 개발되고 있는 기술이 ‘바이오 리파이너리(Bio-Refinery)'다. 이는 미생물과 같은 바이오매스 원료에 생물공학적 또는 화학적 기술을 적용해 화학원료·연료 등 화학제품을 생산하는 공정이다.

기존 석유에서 화학제품을 생산하는 과정은 온실가스 배출로 지구온난화 등 기후변화를 유발하기 때문에 세계 각국은 친환경적 방법으로 미생물을 활용한 화학물질 생산기술 개발에 주력하고 있다.

15일 과학기술정보통신부는 KAIST 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 바이오 리파이너리의 화학물질 합성지도를 개발·완성했다고 밝혔다.

연구팀은 화학물질을 생산하는데 필요한 바이오 및 화학 반응들에 대한 정보를 총망라해 생명공학자들이 쉽게 활용할 수 있게 지도 형태로 정리하고 이에 대한 분석을 수행했다. 관련 논문은 1월 15일 네이처 카탈리시스(Nature Catalysis) 표지논문으로 게재됐다.[(논문명 : A comprehensive metabolic map for production of bio-based chemicals 저자 정보 : 이상엽(한국과학기술원, 제1저자 및 교신저자), 김현욱(한국과학기술원, 제2저자), 채동언(한국과학기술원, 제3저자) 포함 총 10명]

바이오 리파이너리의 생물공학적 방법 중 ‘시스템 대사공학’만을 100% 적용해 화학물질을 생산하는 사례가 늘고 있지만, 생물공학적 방법과 화학반응의 통합공정이나 화학공정만을 활용하는 것이 더욱 효율적인 경우도 많다.

시스템 대사공학(systems metabolic engineering)은 미생물의 기존 대사공학적 기법+시스템생물학+합성생물학+진화공학기법 등의 융합을 통해 체계적으로 미생물 대사를 재설계해, 목표 화학물질의 대량생산을 가능하게 하는 학문이다. 이 기술은 2016년 세계경제포럼에서 ‘2016 10대 떠오르는 기술’에 선정됐었다.  

이번에 구축한 바이오 기반 화학물질 합성 지도는 화학물질 생산을 위한 생물공학적·화학적 반응 전체에 대해 최적의 합성경로를 구축한 것이다. 이상엽 특훈교수는 “바이오 기반 화학물질 합성 지도는 친환경 화학은 물론 의료·식품·화장품 분야 등 다양한 산업에서 유용하게 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

네이처 카탈리시스는 바이오 기반 화학물질 합성지도를 포스터로 제작해 관련 분야의 산업계와 연구계에서 활용할 수 있도록 전 세계에 배포할 계획이다.