미생물이 식량위기·기후변화 `해결사`…오메가-3 등 친환경 생산 길 열어

KAIST, 미생물 세포공장 개발 사례 등 논문 발표
생산량 적고 비싼 천연제품을 미생물 활용해 생산
미생물이 식량위기와 기후변화의 해결사로 주목받고 있다. 미생물 대사회로 기반의 세포공장을 통해 대체육(비동물성 고기)의 풍미를 높이거나, 식품에 향이나 색깔을 내는 화합물을 만들어 친환경·고품질 식품과 미용품 생산에 기여하고 있다는 연구결과가 나왔다.

KAIST는 최경록 연구교수와 이상엽 특훈교수가 '식품 및 화장품 생산을 위한 미생물의 시스템 대사공학'에 관한 논문을 국제 학술지 '네이처 생명공학 리뷰'에 게재했다고 26일 밝혔다.

연구팀은 시스템 대사공학을 적용해 대체육의 풍미와 색감을 향상할 수 있는 천연물질인 '헴철(heme)'과 '아연-프로토포르피린 Ⅸ', 식품과 화장품에 폭넓게 쓸 수 있는 기능성 천연 색소인 '라이코펜', '베타카로틴' 등을 생산할 수 있는 미생물 세포공장을 개발했다.

논문에서는 각종 식품과 화장품에 쓰이는 아미노산, 단백질, 지방, 지방산, 비타민, 향미료, 색소, 기능성 화합물 등을 생산할 수 있는 미생물 세포공장 개발 사례와 이런 미생물 유래 물질을 성공적으로 제품화해 시장에 공급하는 전 세계 기업들을 소개했다. 또한 친환경적이면서 경제성을 갖춘 산업용 미생물 세포공장을 개발할 수 있는 다양한 시스템 대사공학 전략도 제시했다.

시스템 대사공학은 기존 대사공학 기법과 시스템생물학, 합성생물학 등을 융합해 미생물 대사를 재설계해 원하는 화학물질을 대량 생산하는 기술이다.

연구팀은 시스템 대사공학 전략으로 미생물 발효 과정에서 동물 사료나 비료로 쓰이는 비식용 바이오매스 등을 영양학적으로 높은 가치를 지닌 단백질이나 아미노산으로 만들 수 있다고 설명했다. 대체육 개발 등 동물성 단백질 의존도를 낮춰 가축 사육이나 물고기 양식을 통해 발생하는 온실가스와 환경오염 저감에도 기여할 수 있다.

특히 생산량이 적고 생산단가가 높은 천연제품을 미생물 세포공장을 이용해 친환경적으로 생산할 수 있다. 가령, 특정 선인장에서 서식하는 연지벌레로부터 추출한 칼민(코치닐 색소)은 붉은색 립스틱이나 딸기맛 우유 등 다양한 화장품이나 식품에 첨가할 수 있고, 닭벼슬이나 소 안구에서 추출해 피부 미용에 쓰는 하이알루론산, 상어나 생선 간 등에서 추출해 건강보조제로 널리 섭취되는 오메가-3 지방산 등을 미생물을 통해 친환경적으로 생산할 수 있다.

최경록 연구교수는 "초콜릿 원료인 카카오버터나 미생물 발효를 통해 생산하는 조미료인 글루탐산나트륨 등은 미생물 도움을 받아 생산한 식품으로 우리에게 친숙한 존재"라며 "앞으로 미생물 세포공장으로 친환경이고 지속가능한 방법으로 생산한 더 다양한 종류의 식품과 화장품을 일상에서 마주하게 될 것"이라고 말했다.

이상엽 특훈교수는 "시스템 대사공학 기술의 꾸준한 발전과 적극적 활용을 통해 식량위기와 기후변화를 동시에 해결하기 위한 연구를 지속하겠다"고 밝혔다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr