기본 콘텐츠로 건너뛰기

가솔린을 생산하는 대장균



 미생물을 이용해서 화석 연료를 대체할 수 있는 에너지를 개발하려는 시도는 이전부터 많이 있었습니다. 그 중에 대표적인 것은 미생물을 이용한 바이오 연료나 혹은 화석 연료 대체가 가능한 액체 연료 생산이었습니다. 최근 한국의 카이스트 (KAIST) 의 연구자들은 처음으로 직접 가솔린을 만드는 미생물을 보고했습니다.


 가솔린은 알칸 (Alkane) 화합물의 일종입니다. 이는 지방족 포화 탄화 수소의 일종으로 CnH2n+n 화학식을 가진 분자입니다. 이 분자들은 모든 탄소 원자가 일렬로 배열된 n - 파라핀과 탄소 사슬 모양으로 가지가 있는 n - 이소파라핀으로 나눌 수 있습니다. 또 탄소수 n 에 따라 메탄 (n=1), 에탄 (n=2), 프로판 (n=3), 부탄 (n=4), 펜탄 (n=6), 헥탄 (n=6), 헵탄 (n=7), 옥탄 (n=8) 으로 나뉘게 됩니다. 이중 메탄/에탄/프로판등은 기체 형태로 연료로 사용하게 되면 액체지만 낮은 끓은 점을 지닌 것들은 가솔린 성분으로 중요합니다. 


 이제까지 대사 공학적 (metabolic engineering) 방식을 통해 대장균 (Escherichia coli ) 이나 다른 미생물을 이용해 연료로 사용가능한 탄화수소를 만들어 낸 적은 있지만 가솔린과 비슷한 바이오 연료를 만드는 미생물은 없었습니다. 카이스트의 이상엽 교수팀이 네이처에 발표한 내용에 의하면 사상 처음으로 이것이 가능하게 되었다고 합니다. 



(가솔린을 생산하는 대장균의 메카니즘  Credit : KAIST )


 이전에 발표된 미생물의 경우 탄소 사슬의 길이가 13 - 17 개 정도인 탄화 수소를 만들었는데 이는 디젤 대체용으로 적합한 수준입니다. 연구팀은 탄소 원자 4 - 12 개 정도로 구성된 가솔린과 비슷한 탄화수소를 만드는 대장균을 다음의 과정을 통해 만들었습니다.

 1) 지방산을 만드는 데 연관된 효소들을 찾아서 
 2) 효소를 목적에 맞게 short chain fatty acid 생산을 주로 하도록 바이오 엔지니어링을 한 후 
 3) 새로운 합성 과정을 넣어 이 short chain FA 를 가솔린과 유사한 알칸으로 변형


 이렇게 만든 대장균 배양액 1 L 에서 580 mg 이라는 가솔린 성분을 얻어내는데 성공했다는 것이 연구팀의 발표입니다. 여기에 필요한 효소들은 여러 미생물과 식물들에서 가져왔다고 합니다. 사실 이는 연구팀도 지적하는 것 처럼 변환 효율은 매우 낮은 편이라 실용적인 의미에서 바이오 가솔린의 대량 생산과는 거리가 먼 이야기 입니다. 


 하지만 국내 연구팀이 세계 최초로 바이오 가솔린을 생산하는 미생물을 만들었다는 것 자체가 쾌거라고 할 수 있을 것입니다. 현재 연구팀은 생산 효율을 높이는데 주력하고 있는데 이 가솔린과 비슷한 탄화수소는 그대로 연료로도 사용이 가능하지만 다양한 석유 화학 대체품 - 예를 들어 계면 활성제 및 윤활류 - 로도 가공하거나 사용이 가능하기 때문에 더 주목 받고 있습니다. 


 이번 연구를 위해 배양 된 대장균의 먹이인 포도당은 옥수수와 나무등 바이오매스를 이용해서 만들어졌다고 합니다. 결국 에너지원 자체는 바이오매스라고 할 수 있으며 대장균이 하는 일은 여기서 가솔린 비슷한 물질을 합성해 내는 것이죠. 아직까지는 효율이 매우 낮고 비용도 엄청나게 비쌀 수 밖에 없지만 향후 연구 결과에 따라서는 보다 효과적이고 저렴한 바이오 연료 개발이 가능해질 지도 모르겠습니다. 


 참고 


Journal Reference:

  1. Yong Jun Choi & Sang Yup Lee. Microbial production of short-chain alkanes. Nature, 2013 DOI: 10.1038/nature12536




     

댓글

이 블로그의 인기 게시물

몸에 철이 많으면 조기 사망 위험도가 높다?

 철분은 인체에 반드시 필요한 미량 원소입니다. 헤모글로빈에 필수적인 물질이기 때문에 철분 부족은 흔히 빈혈을 부르며 반대로 피를 자꾸 잃는 경우에는 철분 부족 현상이 발생합니다. 하지만 철분 수치가 높다는 것은 반드시 좋은 의미는 아닙니다. 모든 일에는 적당한 수준이 있게 마련이고 철 역시 너무 많으면 여러 가지 질병을 일으킬 수 있습니다. 철 대사에 문제가 생겨 철이 과다하게 축적되는 혈색소증 ( haemochromatosis ) 같은 드문 경우가 아니라도 과도한 철분 섭취나 수혈로 인한 철분 과잉은 건강에 문제를 일으킬 수 있습니다. 하지만 높은 철 농도가 수명에 미치는 영향에 대해서는 잘 알려지지 않았습니다.   하버드 대학의 이야스 다글라스( Iyas Daghlas )와 임페리얼 칼리지 런던의 데펜더 길 ( Dipender Gill )은 체내 철 함유량에 영향을 미치는 유전적 변이와 수명의 관계를 조사했습니다. 연구팀은 48972명의 유전 정보와 혈중 철분 농도, 그리고 기대 수명의 60/90%에서 생존 확률을 조사했습니다. 그 결과 유전자로 예측한 혈중 철분 농도가 증가할수록 오래 생존할 가능성이 낮은 것으로 나타났습니다. 이것이 유전자 자체 때문인지 아니면 높은 혈중/체내 철 농도 때문인지는 명확하지 않지만, 높은 혈중 철 농도가 꼭 좋은 뜻이 아니라는 것을 시사하는 결과입니다.   연구팀은 이 데이터를 근거로 건강한 사람이 영양제나 종합 비타민제를 통해 과도한 철분을 섭취할 이유는 없다고 주장했습니다. 어쩌면 높은 철 농도가 조기 사망 위험도를 높일지도 모르기 때문입니다. 그러나 임산부나 빈혈 환자 등 진짜 철분이 필요한 사람들까지 철분 섭취를 꺼릴 필요가 없다는 점도 강조했습니다. 연구 내용은 정상보다 높은 혈중 철농도가 오래 유지되는 경우를 가정한 것으로 본래 철분 부족이 있는 사람을 대상으로 한 것이 아니기 때문입니다. 낮은 철분 농도와 빈혈이 건강에 미치는 악영향은 이미 잘 알려져 있기 때문에 철...

벽돌 속에 전기를 저장하는 코팅

  ( Red brick device developed by chemists at Washington University in St. Louis lights up a green light-emitting diode. The photo shows the core-shell architecture of a nanofibrillar PEDOT-coated brick electrode. Credit: D'Arcy laboratory, Department of Chemistry, Washington University in St. Louis )  신재생 에너지 확대와 에너지를 24시간 차질 없이 공급해야 하는 기업과 기관 (예를 들어 병원, 금용기관, 중요 산업 시스템 및 기타 갑자기 시스템을 중지할 수 없는 분야)이 증가함에 따라 에너지 저장 장치 (ESS)의 수요 역시 가파르게 증가하고 있습니다. 특히 풍력과 태양광처럼 에너지 생산량 변동이 심한 에너지원이 보급되면서 값싸고 안전하게 대량의 에너지를 저장할 수 있는 방법의 요구가 커지고 있습니다.   워싱턴 대학 줄리오 다르시 ( Julio D'Arcy ) 교수가 이끄는 연구팀은 평범한 벽돌에 전기를 저장할 수 있는 새로운 방법을 개발했습니다. 연구팀의 접근법은 전기가 통하는 폴리머 소재인  PEDOT를 코팅해 벽돌 자체를 슈퍼 커패시터 (콘덴서)로 만드는 것입니다. 화학 배터리 대신 슈퍼 커패시터에 전기를 저장하는 연구는 일찍부터 있어왔지만, 흔한 벽돌 소재의 슈퍼 커패시터는 참신한 시도라고 할 수 있습니다. 벽돌에 에너지를 저장하려는 시도 역시 이전에도 있었지만, 대개 열을 저장하는 방식이었고 전기 자체를 저장하는 방식은 새로운 시도입니다.   이전 포스트:  https://blog.naver.com/jjy0501/221592595133  연구팀에 따르면 일반적인 크기의 벽돌에 PEDOT 소재를 코팅할 경우 최대 10분 정도 LED 전...

상어 비늘을 흉내낸 항공기 스킨 - 에어로샤크

  (출처: 루프트한자 그룹) ​ ​ 몇년 전 소개드린 바 있는 에어로샤크(AeroSHARK)가 유럽 항공 안전국(EASA)으로부터 에어버스 A330-300에 탑재해도 좋다는 승인을 받아 적용 범위를 확장하게 됐습니다. 상어의 비늘을 모방해서 항력을 낮추는 에어로샤크는 가벼운 필름 형태로 부착해서 항공기의 연료 효율을 높일 수 있습니다. ​ 이전 포스트: https://blog.naver.com/jjy0501/222658782756 ​ 항공기를 잡아당기는 항력 (drag)은 항공기의 연료 소모를 증가시키는 원인 중 하나입니다. 여객기의 알루미늄 합금 동체는 만져보면 매끄럽게 느껴지지만, 사실 표면은 미세하게 거친 상태입니다. 비행기가 시속 890km의 속도로 대기를 뚫고 나아갈 때 얇은 공기층이 동체에 달라붙는데, 표면과 이 공기층 사이에는 약 1밀리미터 두께의 아주 작은 틈이 있습니다. 점성 하층이라고 불리는 이 틈은 소용돌이가 무질서하게 뒤섞인 공기 덩어리입니다. ​ 이 얇은 난류층은 표면 마찰 항력을 발생시킵니다. 이는 전체 공기역학적 항력의 약 50%를 차지하며, 성능과 비행 효율을 떨어뜨리는 요인입니다. 그런데 사실 상어는 수억 년 전부터 기발한 방법으로 물속에서 항력을 낮춰왔습니다. 상어는 작고 이빨처럼 생긴 비늘인 피부치상돌기를 지니고 있습니다. 상어의 몸을 따라 길게 뻗어 있는 이 작은 돌기들은 물이 상어의 몸 위로 흐를 때, 미세한 소용돌이가 피부에 직접 닿지 않도록 막습니다. 이렇게 하면 난류가 억제되어 상어가 빠르고 부드럽게 헤엄칠 수 있게 됩니다. ​ ​ 에어로사크는 자연의 디자인을 모방하여 유사한 효과를 냅니다. 이는 상어 이빨 능선의 기하학적 구조와 높이, 간격을 흉내낸 50마이크로미터 크기의 홈이 새겨진 인공 고분자 필름입니다. 이 얇은 필름을 비행기 동체에 붙으면 비행당 연료 소비량과 배출량을 1% 줄일 수 있으며, 날개와 꼬리날개에도 붙인 경우 최대 2%까지 줄일 수 있습니다. ​ 디스커버 항공은 자사의 에어버스 ...