(Using a protein produced by a fungus that lives in the Amazon, Brazilian researchers developed a molecule capable of increasing glucose release from biomass for fermentation (sugarcane bagasse at Santa Fé mill in Nova Europa, São Paulo State. Credit: Eduardo Cesar / Pesquisa FAPESP magazine)
브라질의 캄피나스 대학 (University of Campinas (UNICAMP) )및 브라질 국립 바이오재생에너지 연구소 (Brazilian Biorenewables National Laboratory (LNBR))의 과학자들이 2세대 바이오 연료 개발에 필요한 새로운 효소를 개발했습니다.
브라질은 사탕수수를 이용한 바이오 연료 생산에서 선두 주자이긴 하지만, 사실 팔 수 있는 설탕 원료를 값싼 연료로 개발한 것으로 지금처럼 저유가 시대에는 그다지 남는 장사가 아닙니다. 여기에 사람 먹을 식량도 부족한 시대에 식량을 연료로 바꾸는 일 역시 문제가 있습니다. 따라서 많은 연구자들이 먹지 못하는 줄기나 농업 폐기물을 연료로 바꾸는 연구를 진행하고 있습니다. 통상 이를 2세대 바이오 연료라고 합니다.
사실 줄기나 껍질 등 여러 부산물에는 셀룰로오스를 비롯한 식물성 다당류가 풍부하며 이를 분해하면 포도당이나 에탄올처럼 연료로 전환할 수 있는 물질을 얻을 수 있습니다. 문제는 이 다당류가 매우 단단히 결합되어 있어 쉽게 분해되지 않는다는 것입니다. 목적을 생각하면 당연한 이야기입니다. 아무튼 그렇기 때문에 이를 분해하는데 드는 에너지가 너무 많아 2세대 바이오 연료 생산이 어려운 것입니다.
연구팀은 이 문제를 해결할 실마리를 찾기 위해 자연적으로 존재하는 곰팡이를 연구했습니다. 이들이 식물을 분해하는 능력이 탁월하기 때문입니다. 아마존 열대우림에서 서식하는 Trichoderma harzianum라는 곰팡이에서 찾은 베타 글루코시다제 (β-glucosidase)는 글리코사이드 가수분해 효소 패밀리 1 (glycoside hydrolase family 1 (GH1))에 속하는 효소로 바이오매스를 포도당으로 효과적으로 변환하지만 산업적으로 사용하기에는 몇 가지 문제가 있습니다.
이 효소의 활성은 섭씨 40도에서 최고가 되는데 이는 대부분의 반응로 온도가 50도 이상이라는 점을 생각하면 개선의 필요성이 있습니다. 더구나 포도당 농도가 높아지면 효율이 떨어지는 것도 문제입니다. 연구팀은 자연적인 효소의 화학 구조를 변형해 효율이 300% 높은 새로운 효소를 개발했습니다. 물론 더 많은 연구가 필요하지만 2세대 바이오 연료 개발에 고무적인 결과입니다.
이번 연구에서 본 것처럼 아마존의 자연 생태계는 수많은 생물 자원을 가지고 있습니다. 이를 보호하는 일 역시 중요할 것입니다.
참고
Clelton A. Santos et al, An engineered GH1 β-glucosidase displays enhanced glucose tolerance and increased sugar release from lignocellulosic materials, Scientific Reports (2019). DOI: 10.1038/s41598-019-41300-3
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