아미노산을 합성하는 인공 광합성

(Graphical abstract. Credit: Chem Catalysis (2023). DOI: 10.1016/j.checat.2022.100502)

우리가 에너지원으로 삼는 탄수화물, 단백질, 지방은 사실 무생물적 과정을 통해서도 합성될 수 있습니다. 막대한 토지와 자원을 쏟아부어 직물과 가축을 기르는 대신 영양소를 인공적으로 생성하는 일도 이론적으로는 얼마든지 가능합니다. 그리고 실제로 과학자들은 이런 일에 도전하고 있습니다.

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볼커 시버 교수 (Prof. Volker Sieber)가 이끄는 뮌헨 공대 (Technical University of Munich (TUM))의 과학자들은 인공적으로 아미노산 가운데 하나인 L-알라닌 (L-alanine)을 합성하는 공정을 개발했습니다. L-알라닌은 단백질을 구성하는 가장 흔한 아미노산 가운데 하나입니다.

연구팀은 전기와 이산화탄소를 이용해 우선 그린 메탄올을 만든 후 다시 이를 이용해 여러 개의 효소를 이용해 이를 L-알라닌으로 만들었습니다. 알라닌 역시 L형과 R형의 이성질체가 있는데, 연구팀은 높은 수율로 L 알라닌만 합성하는 공정을 개발했습니다.

이렇게 만든 L 알라닌은 사람이 직접 먹을수도 있지만, 맛을 생각하면 가축 사료에 첨가하는 편이 더 낫다는 것이 연구팀의 생각입니다. 현재 소비되는 막대한 양의 사료를 충당하기 위해 남반구의 거대한 땅이 경작지로 개간되고 있기 때문입니다. 인공 아미노산을 참가하면 토지와 비료, 농약 사용을 줄이면서도 식량 생산을 유지할 수 있습니다.

연구팀은 이 기술이 이산화탄소를 원료로 영양분을 만든다는 점에서 인공 광합성이라고 보고 있습니다. 동물이 음식을 먹고 대사 산물로 이산화탄소를 배출하는 것과 반대 과정이라는 점을 생각하면 그럴 듯한 명칭입니다.

이 기술은 분리 포확하더라도 처리가 곤란한 이산화탄소를 합리적으로 처리할 수 있는 대안을 제시하고 있습니다. 다만 경제적인 방법이 될진 두고봐야 알 수 있습니다. 인공 영양소 합성은 이전에도 등장했지만, 상업적 대량 생산에 성공한 사례가 없는 건 역시 비용적인 문제가 가장 클 것입니다.

참고

https://phys.org/news/2023-04-artificial-photosynthesis-environmentally-friendly-food.html

Vivian Pascal Willers et al, Cell-free enzymatic L-alanine synthesis from green methanol, Chem Catalysis (2023). DOI: 10.1016/j.checat.2022.100502

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