"에탄으로 메탄 줄이며 바이오플라스틱 원료 만든다"

한국과학기술원(KAIST)은 건설및환경공학과 명재욱 교수 연구팀이 미국 스탠퍼드대학교와의 공동연구를 통해 천연가스의 주요 부성분인 에탄이 `편성 메탄산화균`의 핵심 대사에 미치는 영향을 규명했다고 7일 밝혔다.

메탄산화균은 산소가 있는 조건에서 메탄을 에너지원으로 사용하는 세균이다. 이 중 편성 메탄산화균은 메탄이나 메탄올과 같은 단일 탄소(C1) 화합물만을 성장 기질로 활용한다. 지금까지 이러한 편성 메탄산화균이 비성장 기질인 에탄에 어떻게 반응하는지에 대한 연구는 이뤄지지 않았다.

연구팀은 C2 기질인 에탄이 성장 기질로 사용되지 않음에도 편성 메탄산화균의 메탄 산화, 세포 성장, 생분해성 고분자인 폴리하이드록시부티레이트(PHB) 합성 등 주요 대사 경로에 유의미한 영향을 미친다는 사실을 밝혀냈다. PHB는 생분해성 바이오플라스틱의 원료로 주목받는 고분자 물질이다.

다양한 메탄 및 산소 농도 조건에서 에탄을 첨가해 메탄산화균을 배양한 결과, △세포 성장 억제 △메탄 소비 감소 △PHB 합성 증가 등 세 가지 대사 반응이 일관되게 나타났다. 변화는 에탄 농도가 증가할수록 더욱 두드려졌다.

이번 연구에서 에탄은 단독으로는 메탄산화균에서 반응하지 않고 세균 역시 에탄만 주어졌을 때는 성장하지 않았다. 그러나 메탄과 함께 존재할 경우 메탄을 산화하는 핵심 효소 `입자상 메탄모노옥시게네이스(pMMO)`를 통해 에탄이 함께 산화되는 `동시 산화(co-oxidation)` 현상이 관찰됐다.

에탄이 산화되는 과정에서 생성되는 중간 대사산물 `아세테이트`는 메탄산화균의 세포 성장을 억제하는 동시에, PHB 생산을 촉진했다.

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.

연구팀은 에탄이 메탄산화균의 대사 흐름을 간접적으로 조절하는 조절자 역할을 하며, 메탄과 함께 있을 때 의도치 않은 방식으로 세포 성장과 PHB 생산에 영향을 미친다고 분석했다.

명 교수는 "이번 연구는 편성 메탄산화균이 단일 기질 환경이 아닌 에탄과의 복합 기질 조건에서 어떻게 대사적으로 반응하는지를 체계적으로 규명한 최초의 사례"라며 "생물학적 메탄 저감 기술뿐 아니라 바이오플라스틱 생산에도 새로운 가능성을 제시한다"고 말했다.

KAIST 건설및환경공학과 박사과정 박선호 학생이 제1 저자인 이번 연구는 환경미생물학 및 생명공학 분야 국제 학술지 `응용 환경미생물학(Applied and Environmental Microbiology)`에 게재됐다.

"에탄으로 메탄 줄이며 바이오플라스틱 원료 만든다", 뉴스1, 2025년 08월 07일 입력, 

https://www.news1.kr/local/daejeon-chungnam/5871947