메탄가스, 바이오소재 거쳐서 메탄올로 변환 가능해져

[산업일보]
메탄가스는 지구에서 가장 풍부한 가스 자원이다. 메탄가스를 메탄올로 변환하면, 원유를 대체해 다양한 생활용품과 산업용 소재의 생산에 활용될 수 있다. 그러나 현재 메탄가스로 메탄올을 생산하는 화학적 산화 공정은 높은 에너지 소비, 환경오염 유발, 낮은 반응 전환율 등 기술적‧경제적‧환경적 측면의 많은 문제점을 안고 있다.

메탄올을 생산하는 화학적 공정의 대안으로, 메탄산화세균을 활용한 바이오 공정이 시도됐다. 그러나 메탄산화세균의 고농도 배양 및 메탄산화효소의 대량생산이 쉽지 않아, 성공사례가 보고되지 않았다.

이에 메탄가스로부터 메탄올을 손쉽게 생산하는데 꼭 필요한 소재가 개발됐다. 이지원 교수(고려대학교) 연구팀은 메탄산화세균에서 유래한 효소의 핵심 활성 부위가 표출된 효소 나노입자를 개발했다.

연구팀은 유전공학 기술로 메탄산화효소의 핵심 활성 부위만을 활용해, 자연 상태의 메탄산화효소와 거의 같은 수준의 활성을 갖는 효소 나노입자를 개발했다.

이 효소 나노입자는 빠른 시간에 고농도로 쉽게 배양되는 대장균을 이용해 대량 생산이 가능하다는 탁월한 장점이 있다. 또한, 연구팀은 효소 나노입자를 다공성 하이드로겔에 고정함으로써 안정적으로 활성을 유지하며 장시간 반복적으로 재사용할 수 있는 메탄올 생산시스템을 개발했다.

추가적으로, 연구팀은 효소 나노입자를 이용해 막 단백질 형태 메탄산화효소의 활성 부위 구조를 명확히 규명하는 과학적 성과도 이뤘다.

이지원 교수는 “이 연구는 문제점이 많은 기존의 화학적 메탄 산화 공정을 고효율의 바이오공정으로 대체하기 위해 메탄산화효소를 대량 생산이 가능한 나노입자의 형태로 개발하고, 효소 나노입자를 안정적, 반복적으로 재사용할 수 있는 생산시스템을 개발한 것이다”라며, “이 기술을 확장 적용하면 산업적 활용 가치가 있는 다양한 효소 및 이를 이용한 고효율의 바이오 공정 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”라고 연구의 의의를 설명했다.

이 교수에 따르면, 이 연구 성과는 다양한 효소의 핵심 활성 부위를 유전공학적으로 재조립해 새로운 효소 나노입자를 개발하는데 효과적으로 적용할 수 있는 범용적 성격의 기술을 제공함으로써, 추후 산업적 활용 가치가 있는 다양한 바이오촉매 및 생물학적 전환공정 개발에 기여할 것으로 평가된다.