대장균 이용한 나노재료 합성법 개발

KAIST 이상엽 특훈교수팀ㆍ중앙대 박태정 교수팀

주기율표 내 35가지 원소 활용해 60개 나노재료 합성 성공

재조합 대장균을 이용한 다양한 나노재료들의 생물학적 합성 기술의 전체 모식도 및 이미지. KAIST 제공.

국내 연구진이 대장균을 이용해 다양한 나노재료를 생물학적으로 합성할 수 있는 기술을 개발했다. 기존 물리, 화학적 방법으로 합성되지 않은 새로운 나노재료도 생물학적으로 합성할 수 있는 가능성을 제시했다는 평가다.

22일 한국과학기술원(KAIST)에 따르면 생명화학공학과 이상엽 특훈교수팀과 중앙대 박태정 교수팀이 유전자재조합 대장균을 이용한 나노재료 합성법을 개발해 35가지 원소를 이용해 60가지 나노재료를 합성하는데 성공했다.

이번에 합성한 나노재료 60가지 중에는 생물학적ㆍ화학적으로 만들어진 적이 없는 나노물질(Ag₂TeO₃)을 비롯해 생물학적 합성에 처음으로 성공한 33가지가 포함돼 있다.

기존 생물학적 나노재료는 대게 고온 고압 조건에서 합성되고, 유독한 유기용매와 값비싼 촉매를 사용해 환경오염과 높은 에너지 소모 문제를 안고 있다. 대안으로 친환경적이고 경제적인 미생물을 활용한 생물공학적 나노재료 합성법 연구가 진행되고 있지만 현재까지 보고된 합성기술은 종류가 다양하지 않고 결정질과 비결정질 나노재재료의 합성원리 규명이 이뤄지지 않아 다양한 결정질 나노재료를 만드는데 어려움이 있다.

연구진은 다양한 금속 이온과 결합할 수 있는 단백질인 메탈로싸이오닌(metallothionein)과 펩타이드인 파이토킬레틴(phytochelatin)을 합성하는 파이토킬레틴 합성효소(phytochelatin synthase)를 대장균 내에서 동시에 발현해 다양한 나노재를 합성하는데 성공했다.

이상엽 특훈교수는 “기존의 물리, 화학적 공정을 통한 나노재료 합성이 아닌 박테리아를 대사공학적으로 개량한 뒤 생물 공학적 배양을 통해 원하는 나노입자를 쉽고 효율적으로 합성 가능한 기술”이라고 설명했다. 이어 “생물공학적 방법으로 합성된 60가지 나노재료들은 나노입자, 나노막대, 나노판상형 등의 모양을 가지며 향후 에너지, 의료, 환경분야 등 다양한 산업적 응용이 가능하다”고 덧붙였다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 기후변화대응사업의 ‘바이오리파이너리를 위한 시스템대사공학 연구과제’ 지원을 받아 수행됐다. 연구결과는 국제학술지 ‘미국 국립과학원 회보(PNAS)’ 5월 22일자 온라인 판에 게재됐다.

최두선 기자 balanceds@hankookilbo.com