대사공학의 주요 발전에 대한 타임라인. KAIST 제공
대사공학의 주요 발전에 대한 타임라인. KAIST 제공
KAIST는 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 ‘지속 가능성과 건강을 위한 대사공학’이라는 논문을 발표했다고 25일 밝혔다.

연구팀은 논문에 지난 30년간 대사공학이 지속 가능한 발전에 어떻게 기여해 왔는지, 대사공학이 발전해온 역사를 총정리했다.

논문은 셀(Cell) 誌가 발행하는 생명공학 분야 권위 리뷰 저널인 생명공학 동향의 40주년 특집호 온라인판에 게재됐다.

논문에는 김기배(KAIST, 공동 제1 저자), 최소영(KAIST, 공동 제1 저자), 조인진(KAIST, 공동 제1 저자), 안다희(KAIST), 이상엽(KAIST, 교신저자) 등 총 5명이 저자로 참여했다.

대사공학은 1990년대 초반부터 본격적으로 연구돼 지난 30년간 괄목할 만한 발전을 이뤘다고 KAIST 측은 설명했다.

대사공학은 산업, 의료, 농업 및 환경 분야를 포함한 대부분의 생명공학 분야에서 적용돼왔다.

특히 미생물 공학에 중점을 두고 연구가 진행됐다.

다양한 발효 식품과 알코올음료 생산 등 미생물을 사용한 물질 생산은 오랜 역사가 있다.

미생물은 동식물에 비해 빠르게 자랄 수 있어 실험에 드는 시간과 비용이 적게 든다.

또 유전자 변형 생물(GMO)과 관련해 상대적으로 자유로워 미생물에 관한 대사공학 연구가 광범위하게 시행돼왔다.

지난 수십 년간 대사공학은 유용한 화학물질을 효율적으로 생산하고, 분해가 어려운 오염 물질을 분해할 수 있는 미생물 균주를 성공적으로 개발하는 등 지속 가능한 발전을 위한 핵심적인 기술로서의 면모를 보여왔다.

현재까지 대사공학을 통해 개발한 미생물은 재생 가능한 바이오매스로부터 바이오 연료, 바이오 플라스틱, 산업용 대량 화학물질, 화장품 성분 및 의약품까지 수백 가지의 화학물질이 생산을 가능케 했다.

대사공학은 미생물과 곤충을 포함한 동식물의 자연적 정화 과정에서 영감을 얻어 미생물 기반의 다양한 생물학적 정화 방법을 개발하기 위해 사용돼 오기도 했다.

오염 물질과 독성 화학물질의 분해 경로를 조작해 유출된 기름, 폐플라스틱, 살충제, 폐기된 항생제와 같은 물질을 더 높은 효율로 분해할 수 있도록 미생물을 개량할 수 있게 됐다.

이처럼 대사공학은 유엔이 발표한 지속가능발전목표(SDG) 달성에 다방면으로 기여하고 있다.

연구팀은 이번 연구에서 지난 30년간 대사 공학이 발전하며 어떻게 바이오 기반 화학물질의 지속 가능한 생산, 인류 건강 및 환경 문제까지 기여했는지에 대한 광범위한 개요를 제공하고 있다.

특히 이상엽 KAIST 특훈교수는 대사공학의 태동기부터 연구를 수행해 왔으며, 2000년대 들어 두드러진 합성생물학의 발전과도 함께해 왔다.

연구팀은 이번 논문을 통해 대사공학의 출현부터 인공지능을 활용한 최신 기술의 도입까지 지난 수십 년 동안 어떻게 사회적, 산업적, 기술적 요구를 해결하기 위해 어떻게 발전해왔는지를 정리했다.

또 최근 대사공학 연구가 어떻게 산업용 대량 화학물질 생산, 바이오 연료 생산, 천연물 생산, 생물학적 정화 분야에 기여하고 있는지 논의했다.

나아가 건강 및 환경 문제의 해결과 지속 가능한 바이오 기반의 화학산업을 정착시키기 위해 극복해야 할 대사공학의 문제점을 함께 제시했다.

이상엽 특훈교수는 “이번 연구에서 대사공학의 역사를 돌이켜봄으로써 대사공학의 지속가능발전목표를 달성하기 위한 기여를 조명했다”며 “우리 사회가 직면한 기후 위기, 환경 오염, 헬스케어, 식량 및 에너지 부족 문제에 대한 해결책으로서 대사공학이 점점 더 중요한 역할을 할 것”이라고 말했다.

대전=임호범 기자 lhb@hankyung.com