일반기술

재조합 대장균에 의한 생분해성 고분자 PHA 생산

폐플라스틱으로인한 환경문제가 심각히 인식되면서, 완전 생분해성이며 기존의 합성 고분자와의 유사한 물성을 갖고 있는 Polyhydroxyalkanoates (PHAs)는 기존의 석유합성 플라스틱의 대체 물질로써 현재 전세계적으로 연구의 대상이 되고 있다. 하지만 생분해성 고분자 PHAs는 아직까지 높은 생산 단가로 인하여 상용화에 어려움을 겪고 있다. 이러한 높은 생산 단가를 낮추기 위한 연구로, 유전자 재조합 기술을 이용한 재조합 대장균에의한 PHA 생산 연구가 한국과학기술원 화학공학과 이상엽 교수에 의해 수행되었다. Alcaligenes eutrophus의 PHA 생합성 유전자를 자기 복제능이 있는 플라즈미드 DNA에 끼우고 이것을 대장균에 넣어 탄소원이 첨가된 배지에서 대량증식하여 PHAs중에서 대표적인 Poly(3-hydroxybutyrate) [P(3HB)]를 생산정제하였다. 이를 위하여 안정화된 높은 복제수의 플라즈미드를 개발하였고, 이러한 개발된 플라즈미드를 가지고 여러 대장균을 형질 전환하여 최적의 재조합 균주를 선택하였고, 그 균주를 이용하여 P(3HB) 합성을 연구하였다. 또한 P(3HB) 생산단가에서 가장 큰 비중을 차지하고 있는 기질 및 배지의 생산 단가를 낮추기 위하여 저렴한 단순 배지를 사용한 P(3HB) 생산을 연구하였다. 또한 재조합 대장균이 P(3HB)를 합성할 경우 세포분열이 억제되어 균체가 신장되어지는 현상(필라멘테이션)을 발견하여, 이러한 필라멘테이션이 억제된 재조합 대장균을 개발하였다. 그 결과 저가의 단순배지에서, 지금까지 재조합 대장균을 이용한 P(3HB)의 생산에서 얻어진 가장 높은 값인 149 g/L의 세포농도, 104 g/L의 P(3HB) 농도를 51시간 만에 얻었다. 이러한 연구와 함께 보다 저가의 탄소원을 이용하여 재조합 대장균에서 P(3HB)를 생산하려는 연구도 시행중이다.현재 재조합 대장균을 이용한 P(3HB) 생산 기술을 이용할 경우 P(3HB)의 생산 단가를 kg당 $ 4 이하로 낮출 수 있으며, glucose 대신에 저가의 탄소원을 쓸 경우에는 그 이하의 생산 단가를 얻을 수 있다.