| 초록 |
□ 연구개발 목표 및 내용 ■ 최종 목표 목질계 바이오매스 기반 바이오연료/바이오소재 생산 수율을 극대화하기 위한 목질계 바이오매스 유래 혼합당 및 아세트산 통합 이용 플랫폼 효모 균주 개발 및 이를 이용한 고수율 바이오 연료/바이오소재 생산 ■ 전체 내용 - 바이오매스가 함유하는 6탄당/5탄당 및 아세트산을 통합적으로 이용하여 여러 가지 고부가가치 소재를 재조합 효모를 통해 고수율로 생산하고자 함. - 목질계 바이오매스가 함유하고 있는 일부 성분들이 발효 저해제로 작용할 수 있음. - 효모에 특정 유전자를 도입하여 해당 발효 저해제 (아세트산)에 대한 효모의 내성 및 여러 스트레스 요인에 대한 발효 성능을 향상시키고자 함. - 발효 저해제인 아세트산을 직접 이용하여 바이오화합물로 전환시킬 수 있도록 새로운 대사경로를 효모에 도입함. 최종적으로는 바이오매스 당화액을 통합적으로 이용하여 고효율 및 고생산성으로 목적 산물을 생산하고자 함. ■ 1단계 ￭ 목표 목질계 바이오매스 기반 바이오연료 생산 수율을 극대화하기 위한 목질계 바이오매스 유래 혼합당 및 아세트산 통합 이용 플랫폼 효모 균주 개발 ￭ 내용 - 방향적 진화공법을 이용한 아세트산 내성 효모균주 개발 - 아세트산(C2) 직접 이용 바이오연료/소재 생산 효모 균주 개발 - 목질계 바이오매스 당화액의 혼합당 및 아세트산을 통합적으로 이용한 고수율 바이오연료/소재 생산 ■ 2단계 ￭ 목표 바이오매스 통합 이용 플랫폼 효모 균주를 이용한 고부가소재 생산 ￭ 내용 - 바이오매스 통합 이용 재조합 효모 균주를 이용한 생분해성 플라스틱 PHB 생산 - 바이오매스 통합 이용 효모 균주 기반 생분해성 플라스틱 소재 생산성 증진을 위한 미생물 공동 발효 공정 개발 □ 연구개발성과 [1단계] - 적응진화공법을 이용하여 아세트산 내성 관련 효소의 기능이 5 g/L 아세트산 존재시 2배 이상 개량될 때 까지 선별과정을 반복하여 아세트산 내성 효모균주 확보의 목표를 성공적으로 달성함. - 아세트산 내성 균주에 아세트산 대사경로를 도입 및 최적화하여 C2/C5/C6를 효율적으로 이용하는 고성능 바이오에탄올 생산 균주를 성공적으로 확보함. - 실제 바이오매스 당화액 2종 발효 시, 본 연구에서 개발한 최종 균주는 세계최고수준의 효율(0.51 g/g)로 바이오에탄올을 생산함. 또한 자일로스 이성화 효소 기반 아세트산 이용 균주 개발은 세계 최초임. - 발효저해제인 아세트산에 대한 내성 강화됨과 동시에 아세트산을 에탄올로 전환시키는 재조합 효모 균주 확보를 통해 목질계 바이오매스 기반의 통합생물공정에서 문제가 되었던 낮은 발효 효율과 생산성을 극복할 수 있음. [2단계] - 바이오매스 통합 이용 효모 균주에 생분해성 플라스틱 소재 PHB를 생산하는 대사 경로를 도입하여 목적산물을 생산하였음. -바이오매스 통합활용 재조합 효모 균주의 PHB 생산 효율을 증대시키기 위하여, 이산화탄소 고정화 균주와 혼합당 기반 효모의 공동 배양을 통해 효모 발효 시 배출되는 이산화탄소가 PHB로 전환되도록 함. □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 - 국내에서 생산 가능한 바이오매스로부터 고수율의 바이오화합물을 생산하기 위한 원천기술 확립으로 다양한 목질계 바이오매스 당화액에 대한 효모의 적응 능력을 확보함. - 혼합당(6탄당+5탄당) 대사 가능 효모의 아세트산에 대한 내성 증진에 관련한 연구는 한계적으로 연구되어 왔음. 본 연구의 재조합 효모는 진화된 형태의 균주로써 학문적으로 스트레스 저항성에 관련된 분자유전학적 작용 기작의 이해에 이용될 수 있을 뿐 아니라, 산업적 바이오화합물 생산 공정에 적용되어 바이오화합물 생산을 효과적으로 증대시킬 수 있음. - 혼합당과 아세트산의 동시발효를 통해 목질계 바이오매스 기반의 통합생물공정에서 문제가 되었던 낮은 발효 효율과 생산성을 극복할 수 있음. 또한 목질계 바이오매스 전환 기술과 미생물 대사공학 기술의 접목을 통해 차세대 기술인 통합공정의 근간을 이루고 바이오 화합물 생산 시스템을 보완할 것이라 생각함. - 목질계 바이오매스 등의 식물 폐자원을 활용하는 공정은 기존의 탄소 배출 석유기반 화학공정과는 달리 탄소중립형 지속가능한 공정으로 탄소 저감화에 기여할 수 있음. - 특히 본 연구에서 개발된 바이오매스 통합활용 균주를 활용하여 최근 경제적 사회적 환경적 측면에서 이슈가 되고 있는 석유계 플라스틱 소재를 대체할 수 있는 생분해성 바이오플라스틱 소재를 생산함으로써 바이오플라스틱 소재 생산의 경제성과 지속가능성을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대 됨. - 목질계 바이오매스 전환 기술과 미생물 대사공학 기술의 접목을 통해 차세대 기술인 바이오화합물 생산을 위한 통합공정 시스템 개발을 위한 기반기술로 활용 가능함. (출처 : 요약문 2p) |
