KAIST, ‘에탄’으로 온실가스 줄이고 생분해 플라스틱 만든다

작성일 08-07

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> - KAIST 명재욱 교수팀 -미국 스탠퍼드대 공동연구 성과 - 에탄 첨가 메탄 소모 감소·생분해 플라스틱 합성 증가 확인 
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 <img alt="이번 연구성과 모식도.[KAIST 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/07/ned/20250807083657213enae.png" data-org-width="376" dmcf-mid="9w6IXyLKZB" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/07/ned/20250807083657213enae.png" width="658">
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 이번 연구성과 모식도.[KAIST 제공]
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 [헤럴드경제=구본혁 기자] 메탄은 이산화탄소(CO₂)보다 약 25배 강한 온실가스로, 기후변화 대응에서 가장 시급한 감축 대상 중 하나다. 천연가스 중 에탄도 큰 비중을 차지하며, 메탄 다음으로 최대 15%까지 포함되어 있다.
 한국과 미국 공동연구진이 에탄이 이런 메탄을 에너지원으로 사용하는 ‘편성 메탄산화균’의 대사에 영향을 줘서 메탄을 저감시키고 바이오플라스틱 생산에 활용할 가능성을 제시했다.
 KAIST는 건설및환경공학과 명재욱 교수 연구팀이 미국 스탠퍼드 대학교와의 공동연구를 통해, 천연가스의 주요 부성분인 에탄(C2H6)이 ‘편성 메탄산화균(Methylosinus trichosporium OB3b)’의 핵심 대사에 미치는 영향을 규명했다고 7일 밝혔다.
 메탄산화균은 산소가 있는 조건에서 메탄을 에너지원으로 사용해 생장할 수 있는 세균으로, 이 중 ‘편성(obligate) 메탄산화균’은 메탄이나 메탄올과 같은 C1 화합물만을 성장 기질로 활용하는 것이 특징이다. 지금까지 이러한 편성 메탄산화균이 비(非)성장 기질인 에탄에 어떻게 반응하는지에 대한 연구는 이뤄지지 않았다.
 연구팀은 이번 연구에서는 C2 기질인 에탄이 성장 기질로 사용되지 않음에도 불구하고, 편성 메탄산화균의 메탄 산화, 세포 성장, 생분해성 고분자인 폴리하이드록시부티레이트(Polyhydroxybutyrate, 이하 PHB) 합성 등 주요 대사 경로에 유의미한 영향을 미친다는 사실을 밝혀냈다.
 연구팀이 다양한 메탄 및 산소 농도 조건에서 에탄을 첨가해 메탄산화균을 배양한 결과 ▷세포 성장 억제 ▷메탄 소비 감소 ▷PHB 합성 증가의 세 가지 대사 반응이 일관되게 나타났으며, 이러한 변화는 에탄 농도가 증가할수록 더욱 두드려졌다.
 연구에 따르면, 에탄은 단독으로는 메탄산화균에서 반응하지 않으며, 세균 역시 에탄만 주어졌을 때는 성장하지 않는다. 그러나 메탄과 함께 존재할 경우, 메탄을 산화하는 핵심 효소 ‘입자상 메탄모노옥시게네이스(pMMO)’를 통해 에탄이 함께 산화되는 ‘동시 산화(co-oxidation)’현상이 관찰됐다.
 에탄이 산화되는 과정에서 생성되는 중간 대사산물 ‘아세테이트’는 메탄산화균의 세포 성장을 억제하는 동시에, PHB 생산을 촉진하는 것으로 나타났다. PHB는 생분해성 바이오플라스틱의 원료로 주목받는 고분자 물질이다.
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 <img alt="명재욱(왼쪽부터) KAIST 교수, 박선호 KAIST 박사과정, 충헌 신 스탠포드대학교 박사, 크랙 크리들 스탠포드대학교 교수.[KAIST 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/07/ned/20250807083657446fvkw.png" data-org-width="633" dmcf-mid="34Qh5Yg2Yv" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/07/ned/20250807083657446fvkw.png" width="658">
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 명재욱(왼쪽부터) KAIST 교수, 박선호 KAIST 박사과정, 충헌 신 스탠포드대학교 박사, 크랙 크리들 스탠포드대학교 교수.[KAIST 제공]
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 연구팀은 에탄이 메탄산화균의 대사 흐름을 간접적으로 조절하는 조절자 역할을 하며, 메탄과 함께 있을 때 의도치 않은 방식으로 세포 성장과 PHB 생산에 영향을 미친다고 분석했다.
 명재욱 교수는 “이번 연구는 ‘편성 메탄산화균’이 단일 기질 환경이 아닌 에탄과의 복합 기질 조건에서 어떻게 대사적으로 반응하는지를 체계적으로 규명한 최초의 사례”라며 “에탄과 같은 비성장 기질이 메탄 대사와 생분해성 고분자 생산에 미치는 영향을 밝힘으로써, 생물학적 메탄 저감 기술뿐 아니라 바이오플라스틱 생산에도 새로운 가능성을 제시한다”고 전했다.
 이번 연구결과는 국제학술지 ‘미국미생물학회지’와 ‘응용 환경미생물학’에 각각 게재됐다.
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