[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 메탄가스로 메탄올을 손쉽게 만드는 데 꼭 필요한 소재가 개발됐다.

고려대 화공생명공학과 이지원 교수 연구팀은 메탄산화세균에서 유래한 효소의 핵심 활성 부위가 표출된 효소 나노입자를 개발했다고 2일 밝혔다.

연구논문은 권위 있는 국제학술지 ‘네이처 카탈리시스(Nature Catalysis)’에 이날 실렸다.

(그림1) 메탄가스를 메탄올로 전환하는 새로운 효소 나노입자 : 메탄산화세균 유래의 메탄산화효소의 핵심 활성 부위가 표면에 표출된 새로운 효소 나노입자를 개발하였으며, 이를 통해 메탄가스로부터 메탄올을 손쉽게 생산할 수 있다. 2019.04.02. [자료=한국연구재단]

연구진에 따르면 메탄가스는 지구에서 가장 풍부한 가스 자원이다. 메탄가스를 메탄올로 변환하면 원유를 대체해 다양한 생활용품과 산업용 소재의 생산에 활용될 수 있다.

하지만 현재 메탄가스로 메탄올을 생산하는 화학적 산화 공정은 높은 에너지 소비, 환경오염 유발, 낮은 반응 전환율 등 기술적‧경제적‧환경적 측면의 많은 문제점을 안고 있다.

화학적 공정의 대안으로 메탄산화세균을 활용한 바이오 공정이 시도됐다. 이 역시 메탄산화세균의 고농도 배양 및 메탄산화효소의 대량생산이 쉽지 않아 성공사례가 보고되지 않았다.

이에 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.

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

이지원 교수는 이번 연구에 대해 “메탄산화효소를 대량 생산이 가능한 나노입자의 형태로 개발하고 효소 나노입자를 안정적, 반복적으로 재사용할 수 있는 생산시스템을 개발한 데 의미가 있다고”고 말했다. 또 “이번 기술을 확장 적용하면 산업적 활용 가치가 있는 다양한 효소와 이를 이용한 고효율의 바이오 공정 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 덧붙였다.

(그림2) 효소 나노입자를 고정화시킨 다공성 하이드로젤을 이용한 새로운 반응시스템 개발 : 효소 나노입자를 다공성 하이드로젤에 고정화하여 그 내부에 많은 양의 효소 나노입자가 고르게 분포하는 새로운 반응시스템을 개발하였다. 상기 하이드로젤 기반의 반응시스템은 장시간 동안 효소 나노입자의 활성을 유지하면서 이를 반복적으로 재사용할 수 있음을 실험적으로 검증했다. (아래 그림의 1~6의 숫자는 반복 재사용된 횟수를 의미함.) 2019.04.02. [자료=한국연구재단]

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