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KAIST, 세계 최고 농도 글루타르산 생산 '미생물 균주' 개발

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[대전=뉴스핌] 김태진 기자 = KAIST는 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 세계 최고 농도의 글루타르산 생산이 가능한 미생물 균주를 개발했다고 19일 밝혔다.

폴리에스터·나일론 생산 및 화학‧환경‧의료 분야 등 다양한 분야에서 활용이 기대된다.

최근 기후변화에 대한 우려가 증대되고 화석 자원에 대한 의존도가 높아지면서 재생 가능한 자원에서 화학 연료와 재료를 바이오 기반으로 생산하기 위한 관심이 증가하고 있다.

고농도의 글루타르산 생성능을 가지는 코리네박테리움 글루타미쿰의 제작을 위한 시스템 대사공학 전략[사진=카이스트] 2020.11.19 memory4444444@newspim.com

지금까지 글루타르산은 석유화학에 기반한 다양한 화학적 방법으로 생산됐는데 이들은 대개 재생 불가능하고 독성이 강한 시작 물질에 의존해 친환경적이지 않다는 단점이 있다. 때문에 포도당과 같은 재생 가능한 자원에서 글루타르산을 생물학적으로 생산하기 위한 연구가 활발히 이뤄지고 있다.

단 기존에 발표된 미생물을 이용한 글루타르산 생산 연구는 높은 글루타르산 생산 농도를 달성하는 데 한계가 존재했다. 또 균주 전체의 대사 밸런스를 고려하지 않고 알려진 표적 유전자들만을 개량했기 때문에 균주 개발에 어려움도 많았다.

연구팀도 앞서 토양 세균의 일종인 '수도모나스 푸티다(Pseudomonas putida)' 균주의 유전자를 대장균에 도입해 최초로 글루타르산을 생산하는 미생물 개발에 관한 연구 결과를 발표한 바 있다. 문제는 생산된 글루타르산의 농도가 매우 낮다는 점이다.

연구팀은 취약점 개선을 위해 그간 아미노산 생산에 주로 사용되는 세균의 일종인 '코리네박테리움 글루타미쿰 (Corynebacterium glutamicum)'을 이용한 글루타르산 생산공정에 관한 연구에 주목했다. 해당 균주가 글루타르산의 전구체(전 단계의 물질)인 '라이신'을 130 g/L 이상 생산 가능하다는 점을 고려하면 높은 농도의 글루타르산 생산도 가능할 것으로 연구팀은 판단했다.

연구팀은 우선 라이신을 과량 생산하는 코리네박테리움 글루타미쿰 균주에 수도모나스 푸티다균에서 유래한 외래 유전자와 코리네박테리움 글루타미쿰의 유전자로 이뤄진 생합성 경로 구축을 통해 포도당으로부터 글루타르산을 효율적으로 생산하는 데 성공했다.

연구팀은 특히 이번 연구 과정에서 라이신을 과량 생산하는 균주에 대한 게놈(genome), 전사체(transcriptome), 흐름체(fluxome)을 아우르는 다중 오믹스 분석을 진행해 균주의 대사 흐름에 대한 이해도를 높였다. 또 이를 통해 예측한 11개의 표적 유전자들을 프로모터 교환, 유전자 결실 및 추가 유전자 도입 등의 방법으로 조작했다.

이밖에도 연구팀은 효율적인 글루타르산 생산을 위해 새로운 글루타르산 수송체 유전자를 발견했고, 해당 유전자의 발현 수준 조작과 발효 조건 최적화를 통해 포도당으로부터 세계 최고 농도(105.3 g/L, 기존 연구 대비 1.17배)를 지닌 글루타르산을 생산하는 데 성공했다.

연구팀은 이번 연구에 적용한 시스템 대사공학 전략과 발효 공정 최적화 기술을 활용하면 글루타르산 외에도 다양한 고부가 가치 화학물질을 생산하는 미생물 세포 공정 개발도 가능하다고 전망했다.

KAIST 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 [사진=카이스트] 2020.11.19 memory4444444@newspim.com

이상엽 특훈교수는 "이번 연구는 시스템 대사공학을 활용해 재생 가능한 탄소원으로부터 폴리에스터와 나일론 등의 원료인 글루타르산을 친환경적으로 세계 최고 농도로 생산하는 균주를 제작했다는 점에 의미가 있다"며, "향후 화학·환경·의료 분야 등 다양한 산업적 응용이 가능할 것"이라고 말했다.

이번 연구는 과기정통부가 지원하는 한국연구재단 바이오·의료기술개발사업의 `에스테르계 차세대 바이오 플라스틱 합성 원천기술개발' 과제 지원을 받아 수행됐다.

memory4444444@newspim.com

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다음 주까지 맑고 선선한 날씨 [서울=뉴스핌] 유재선 기자 = 당분간 선선하고 건조한 공기가 유입돼 기온과 습도가 함께 낮아지면서 후텁지근한 늦더위가 한풀 꺾이겠다. 다음 주까지 서쪽과 내륙 지역은 대체로 맑겠으나 동풍 영향을 받는 동해안과 제주도에는 강한 바람이 불겠고 비가 내리는 곳이 있겠다. 기상청은 3일 정례브리핑에서 "오는 4일부터 상대적으로 선선하고 수증기가 적은 공기로 바뀌면서 체감 더위가 완화될 것"이라며 "오늘 오후에는 전국 대부분 지역에서 폭염특보가 해제될 것"이라고 예보했다.  당분간 선선하고 건조한 공기가 유입돼 기온과 습도가 함께 낮아지면서 후텁지근한 늦더위가 한풀 꺾이겠다. [사진=뉴스핌 DB] 더위가 누그러지는 이유는 한반도에 영향을 주던 덥고 습한 열대 공기가 물러나고 북쪽에서 선선하고 건조한 공기가 유입된다는 데 있다. 금요일인 오는 4일에는 북쪽 고기압의 영향이 본격화하면서 전국 대부분 지역이 대체로 맑겠다. 다만 동풍이 직접 유입되는 동해안은 구름이 많고 비가 내리는 곳이 있겠다. 주말에는 북쪽 고기압과 남쪽 제24호 태풍 '크로반' 사이의 기압 차가 커지면서 동풍이 더욱 강해지겠다. 동해안과 제주도에서는 동풍이 산지를 타고 오르는 과정에서 비구름이 발달해 비가 내리는 곳이 있겠다. 다음 주에도 북쪽 고기압의 영향으로 맑은 날이 이어지겠다. 다만 동풍 영향을 직접 받는 강원 영동과 제주도는 구름이 많겠고 비가 내릴 가능성도 있다. 지역별 기온 차도 나타나겠다. 동풍이 바다에서 바로 유입되는 강릉 등 동해안은 구름과 비의 영향까지 더해지면서 낮 최고기온이 25도 안팎에 머무는 날이 있겠다. 반면 광주 등 서쪽 지역은 동풍 영향을 상대적으로 적게 받아 낮 기온이 30도 안팎까지 오르는 곳이 있겠다. 다만 이전보다 습도가 낮아지면서 최근과 같은 후텁지근한 폭염은 나타나지 않을 전망이다. 날씨가 선선해지면서 아침 기온이 20도 아래로 내려가는 지역은 점차 늘어나고 낮 기온이 30도 이상 오르는 지역은 줄어들겠다. 날씨가 맑은 지역에서는 밤사이 지면의 열이 빠르게 빠져나가면서 아침 기온은 낮아지고 낮에는 다시 기온이 오르는 등 낮과 밤의 기온 차가 크겠다. 동풍이 강하게 지속되면서 동해안과 남해안, 제주도는 강풍과 너울 영향을 받겠다. 남해안과 제주도, 일부 산지를 중심으로 바람이 강하게 불겠고 남해상과 제주도 해상에는 풍랑경보가 내려질 가능성도 있다. 제주도에서는 강풍으로 항공기 운항에 차질이 발생할 수 있다. 제24호 태풍 크로반이 우리나라로 직접 북상할 가능성은 낮을 전망이다. 크로반은 오는 4일까지 북상한 뒤 북쪽 고기압에 가로막혀 남동쪽으로 물러날 것으로 예상된다. 기상청은 "현재로서는 태풍이 우리나라로 북상할 가능성은 낮다"면서도 "우리나라에 직접 접근하지는 않지만 북쪽 고기압과의 기압 차를 키우면서 동풍과 해상의 바람을 강화할 수 있다"고 설명했다. jason14@newspim.com 2026-09-03 14:27
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    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
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