저렴한 바이오 연료 생산을 위한 자체 파괴 박테리아

KISTI 『글로벌동향브리핑』 2009-12-13

아리조나 주립 대학교 연구팀이 저렴하게 재생 가능한 바이오 연료를 생산하는데 있어 중요한 장애물을 제거하는 방법을 개발해냈다. 연구팀은 광합성 미생물이 가지고 있는 고 에너지 지방과 바이오연료 부산물을 쉽고 저렴하게 회수할 수 있는 방법을 만든 것인데, 광합성 미생물이 자체 파괴되도록 조작하는 방법을 사용했다. 연구를 진행한 생명과학부 Roy Curtiss 교수는 바이오 연료 생산의 주요 비용 중 하나는 만들어진 바이오 연료를 회수해서 사용 가능한 연료로 전환시키는데 있다고 하면서, 이들이 개발한 시스템은 회수 하는 방법에 들어가는 에너지를 절약할 수 있는 녹색 (green) 회수 방법이라고 설명했다. Curtiss교수는 아리조나 주립 대학교의 바이오 연료 연구팀의 일원으로 이들은 광합성 미생물인 남조류 (cyanobacteria) 의 최적화에 집중하고 있다. 이들은 유전적으로 조작하기 쉬우며 식물을 이용하는 방법에 비해 운송용 연료 제조에서 높은 수율을 얻을 가능성이 있다. 하지만 문제는 이 미생물로부터 지방을 회수하는데 비용이 많이 들어간다는 점이었다. 남조류는 거친 환경에서도 살아남을 수 있도록 여러 겹으로 둘러싸인 다층의 버리토 (burrito)와 같은 세포 보호막을 가지고 있기 때문이다. Curtiss와 박사 후 연구원인 Xinyao Liu는 남조류의 지방을 더 쉽게 추출하기 위해 소량의 니켈 (nickel)에 의해 조절 가능한 일련의 유전자를 이 박테리아 안에 넣었다. 이 유전자는 박테리아의 치명적 적인 박테리오파지 (bacteriophage)로부터 추출된 것인데, 박테리오파지는 박테리아를 감염시켜 풍선처럼 터지게 해서 죽인다. 연구팀은 대장균 (E. coli)과 살모넬라균 (salmonella)을 감염시키는 박테리오파지의 일부를 치환했고, 배지 (growth media)에 소량의 니켈을 첨가하면 삽입된 유전자가 남조류의 세포벽을 내부로부터 천천히 녹이는 효소를 생성하게 된다. (그림) 이 연구는 이와 같은 방법으로 남조류가 자체 파괴되도록 한 첫 번째 연구결과이며, Curtiss는 Xinyao Liu와 함께 이 기술에 관한 특허를 출원했다. Curtiss는 백신연구의 선구자였으며 현재는 비슷한 방법으로 안전하고 효과적인 폐렴 (pneumonia) 백신을 개발하고 있다. 연구에는 남조류 유전자 조작의 전문가인 Wim Vermaas교수 및 투과 전자 현미경의 Robert Roberson, 질량 분석기의 Daniel Brune과 아리조나 주립 대학교 바이오연료 프로젝트 팀의 여러 구성원이 참여했다. 연구결과는 미국 국립 과학원 회보 (Proceedings of the National Academy of Sciences)의 12월 7일자 온라인판에 발표되었다. [그림] 자체 파괴되는 바이오연료 박테리아. 박테리오파지로부터 추출되어 삽입된 유전자로 인해 소량의 니켈이 배지에 첨가되면 남조류 (cyanobacteria)의 세포벽을 천천히 녹이는 효소가 만들어진다. Cyano SD121 세포에 7uM의 Ni+2가 첨가되기 전후의 투과 전자 현미경 사진 (A) Ni+2 첨가 전 (B) Ni+2 첨가 6시간 후 (C) Ni+2 첨가 12시간 후 (D) Ni+2 첨가 24시간 후 Self..png 출처 : http://www.biodesign.asu.edu/news/self-destructing-bacteria-improve-renewable-biofuel-production