에탄으로 온실가스 줄이고, 플라스틱 만들 가능성 찾아

[이데일리 강민구 기자] 메탄은 이산화탄소 보다 약 25배 강한 온실가스로, 기후변화 대응에서 가장 시급한 감축 대상 중 하나이다. 주로 다양한 배출원에서 에탄과 혼합된 형태로 존재한다. 한국과학기술원(KAIST) 연구진이 에탄이 메탄을 에너지원으로 사용하는 ‘편성 메탄산화균’의 대사에 영향을 줘서 메탄을 줄이고, 바이오플라스틱을 생산할 가능성을 제시했다.

KAIST는 명재욱 건설환경공학과 교수 연구팀이 미국 스탠퍼드대와 공동 연구를 통해 천연가스의 주요 부성분인 에탄이 ‘편성 메탄산화균(Methylosinus trichosporium OB3b)’의 핵심 대사에 미치는 영향을 규명했다고 7일 밝혔다.

연구진들의 증명사진.(왼쪽부터)명재욱 교수, 박선호 박사과정, Chungheon Shin 박사, Craig S. Criddle 교수

메탄산화균은 산소가 있는 조건에서 메탄을 에너지원으로 사용해 생장할 수 있는 세균이다. 이 중 ‘편성 메탄산화균’은 메탄이나 메탄올과 같은 C1 화합물만을 성장 기질로 활용하는 것이 특징이다. 하지만 이 균이 비(非)성장 기질인 에탄에 어떻게 반응하는지에 대한 연구는 이뤄지지 않았다.

연구팀은 C2 기질인 에탄이 성장 기질로 사용되지 않지만 편성 메탄산화균의 메탄 산화, 세포 성장 등 주요 대사 경로에 영향을 미친다는 사실을 밝혀냈다.

연구팀이 다양한 메탄과 산소 농도 조건에서 에탄을 첨가해 메탄산화균을 배양했다. 그 결과, △세포 성장 억제 △메탄 소비 감소 △PHB 합성 증가 반응이 일관되게 나타났다.

연구에 따르면, 에탄은 단독으로는 메탄산화균에서 반응하지 않으며, 세균 역시 에탄만 주어졌을 때는 성장하지 않는다. 그러나 메탄과 함께 존재할 경우, 메탄을 산화하는 핵심 효소 ‘입자상 메탄모노옥시게네이스’를 통해 에탄이 함께 산화되는 ‘동시 산화’현상이 관찰됐다.

에탄이 산화되는 과정에서 생성되는 중간 대사산물 ‘아세테이트’는 메탄산화균의 세포 성장을 억제하는 동시에, PHB 생산을 촉진하는 것으로 나타났다. PHB는 생분해성 바이오플라스틱의 원료로 주목받는 고분자 물질이다.

이러한 작용은 균이 처한 영양 상태에 따라 상반된 양상을 보인다. 영양이 충분한 상태에서는 에탄이 세포 성장에 부정적인 영향을 미치지만, 영양 불균형 상태에서는 오히려 PHB 축적을 유도해 긍정적인 효과를 나타낸다.

명재욱 KAIST 교수는 “‘편성 메탄산화균’이 단일 기질 환경이 아닌 에탄과의 복합 기질 조건에서 어떻게 대사적으로 반응하는지를 규명한 첫 사례”라며 “에탄과 같은 비성장 기질이 메탄 대사와 생분해성 고분자 생산에 미치는 영향을 밝혀 생물학적 메탄 저감 기술과 바이오플라스틱 생산에 새로운 가능성을 제시했다”고 말했다.

연구 결과는 환경미생물학·생명공학 분야 국제학술지 ‘응용 환경미생물학(Applied and Environmental Microbiology)’에 지난 달 10일자로 게재됐다.