 한국과학기술원 생물공정연구센터에서 실제 바이오화학물질 생산을 위해 미생물을 배양중인 배양기의 모습. |
인류가 사용하는 에너지와 화학물질 대부분은 화석연료를 가공하여 생산한다. 그런데 이때 발생하는 이산화탄소가 오존층을 파괴하여 지구 온난화 현상을 일으키고, 각종 배출가스가 대기오염을 유발하는 등 많은 문제점을 안고 있다.
더구나 화석연료는 매장량이 한정되어 있어 현재와 같은 사용속도라면 약 50년 후에는 고갈될 가능성이 크다. 이러한 한계가 있음에도 전체 에너지 소비량은 해마다 4~8% 정도씩 증가한다. 따라서 우리는 화석연료 고갈 이후의 시대를 대비해야 하는 중차대한 기로에 서 있다.
이러한 이유로 최근 미생물을 이용한 바이오물질 및 바이오연료 생산이 각광을 받는다. 즉, 미생물의 대사회로를 유전공학 기법으로 조작하여 우리가 원하는 화학물질 및 대체연료를 대량으로 생산할 수 있다는 것이다.
실제로 미생물로부터 생산한 바이오에탄올은 전 세계적으로 가장 많이 사용되는 대체연료이다. 이러한 미생물의 바이오물질 및 바이오연료 생산 능력을 극대화하기 위한 방법으로 시스템 생명공학 기법을 도입하게 되었다. 즉, 미생물의 생존 목적은 자신의 몸무게와 종족수를 늘리는 것인데, 이를 우리의 목적인 바이오물질 및 바이오연료 생산 쪽으로 전환시키기 위해 미생물을 체계적으로 조작하는 데 시스템 생명공학 기법이 필요한 것이다.
시스템 생명공학은 생명 현상을 유전자, 단백질, 대사산물 등 생명을 이루는 모든 구성 성분의 포괄적 분석을 통해 이해하고, 그에 기반하여 우리가 원하는 생명체로의 전환을 모색하는 학문이다.
# 강의내용
시스템 생명공학이 무엇인지 쉽게 설명하고 이를 미생물에 적용하면 어떤 좋은 점이 있는지 구체적인 예를 들어 설명한다.
# 연구팀 및 연구 소개
한국과학기술원 생물공정연구센터는 1990년에 설립되었으며 생명화학공학과 이상엽 교수가 센터장으로, 강연자인 박진환 연구교수가 부센터장이다. 시스템 생명공학을 미생물에 적용하여 각종 바이오화학물질 및 바이오연료의 효율적 생산에 관한 연구를 수행한다. 특히, 교육과학기술부가 지원하는 국가지정연구실(NRL)사업으로 컴퓨터를 이용한 가상세포의 개발에 성공한 바 있다. 이후 역시 교육과학기술부가 지원하는 시스템 생물학 사업을 수행하면서 컴퓨터상의 가상세포를 이용하여 실제 미생물 세포의 생리 대사 상태를 예측하고 그 결과를 실제 미생물에 도입하여 우수 균주를 제조하는 연구를 수행하고 있다. 2007년에는 이와 같은 방법을 세계 최초로 미생물에 적용함으로써 바이오화학물질의 일종인 발린과 쓰레오닌을 세계최고의 수율로 생산하는 데 성공했다. 그 결과가 각각 생명공학 분야 저명 학술지인 미국국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences, USA)와 네이쳐 자매지인 분자시스템생물학지(Molecular Systems Biology)에 게재됐다. 이렇듯 그 우수성이 세계적으로 인정을 받아 2008년에는 시스템 생명공학을 이용한 균주 개발 전략이 세계적인 생명공학 저널 두 편(Trends in Biotechnology, Current Opinion in Biotechnology)에 연이어 표지 논문으로 게재되는 성과를 거두었다.
위의 대표적인 연구를 주도한 박진환 연구교수는 2008년 9월 영국 캠브리지에서 열린 국제대장균연합학회(International E. coli Alliance)에 초청되어 '시스템 생명공학을 이용한 대장균 우수균주 개발 전략' 이라는 제목으로 강연을 하여 전 세계의 미생물 전문가들에게 시스템 생명공학의 우수성을 알렸다.
연간 1800조원에 이르는 바이오화학물질 시장 규모를 감안할 때, 본 연구는 엄청난 국부 창출의 효과를 가져올 것으로 기대된다.
<한국과학기술원 연구교수>
위 내용은 4월 17일 금요일 오후 7시 광주중앙도서관에서 '시스템 생명공학이란 무엇인가'라는 주제로 한국과학기술원 박진환 교수가 강연할 내용입니다. 본 강연에 앞서 6시30분부터 7시까지의 도입강연에서는 '트리케라 톱스 만들기' 과학체험 프로그램이 진행됩니다. 제71회 강연은 오는 4월 24일 오후 7시 같은 장소에서 전남대학교 박석호 교수가 '의료용 마이크로 로봇'을 주제로 진행합니다.
