바이오 연료는 화석연료 고갈에 따른 에너지 위기에 대비하면서 친환경성까지 겸비한 유용한 자원이다. 하지만 오랜 노력에도 불구하고 아직까지 생산효율이 좋지 못해 화석연료 대비 경쟁력이 떨어진다. 대사공학, 특히 시스템 대사공학은 이처럼 막혀있는 혈로를 뚫어줄 다크호스다. 이미 국내 연구팀이 관련기술을 접목, 바이오매스 연료의 생산성을 획기적으로 향상시키는 데 성공하면서 국내외 학계와 업계의 비상한 관심이 집중되고 있다.


화석원료의 고갈 시점이 가시권 내로 들어오면서 전 세계는 재생가능 에너지 자원으로부터 지속가능한 방법으로 인류의 생활에 유용한 연료와 화학물질들을 생산하기 위해 다각적 노력을 경주하고 있다.

이와 관련해 최근 주목받고 있는 분야가 바이오리파이너리(biorefinery)다.

생물공학적·화학적 기술을 활용해 바이오매스를 원료로 화학제품, 바이오 연료 등의 물질을 생산하는 것을 의미한다. 문제는 생산효율이 낮다는 것. 즉 경제성과 실용성을 갖춘 바이오리파이너리의 구축을 위해서는 바이오매스 원료를 화학물질이나 연료로 바꿔주는 미생물의 능력을 획기적으로 개선하는 것이 매우 중요하며, 대사공학이 바로 그런 역할을 할 수 있다.

구체적으로 대사공학은 특정 목적을 위해 미생물의 대사 회로를 인위적으로 제어, 우리가 원하는 제품들을 효율적으로 생산하게 하는 기술을 총칭한다. 그런데 최근 생명공학의 비약적 발전에 힘입어 전체 세포의 시스템 수준에서 대사공학을 수행할 수 있게 됐다. 이를 ‘시스템 대사공학(Systems MetabolicEngineering)’이라 한다. 기존 대사공학에 세포나 균주의 데이터들과 컴퓨터 기술을 이용한 시스템 생물학, 합성생물학 등을 통합한 기술이다.

쉽게 설명해 시스템 대사공학은 미생물 등의 유전자를 조작해 원하는 화합물을 대량으로 생산하도록 하는 기술이다.

이는 대사공학의 가장 기본적이고 핵심적인 분야로서, 효소 등의 도입을 통해 새로운 화합물의 생산과 기존 화합물의 생산량 증대를 꾀할 수 있다. 또한 유한자원인 원유에 의존하는 기존 합성 화합물의 한계성과 환경오염의 해결책으로도 크게 각광받고 있는 상태다.

실제로 최근 듀폰, 바스프, DSM, 에보닉 같은 세계적 화학기업과 많은 바이오벤처 기업들이 젖산·부탄디올·숙신산(succinic acid) 등의 범용화학 물질, 그리고 폴리에스터와 나일론 등의 고분자 물질을 바이오 기반으로 생산하는 기술의 상용화에 적극 나서고 있다. 지난해 초에는 세계경제포럼(WEF)이 ‘10대 떠오르는 기술’을 선정해 발표하면서 바이오기반 화학물질 생산용 대사공학 기술을 두 번째 자리에 올리기도 했다.


<파퓰러 사이언스>