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“설탕으로 값비싼 약물 만든다!” 고부가가치 친환경 촉매 개발
“설탕으로 값비싼 약물 만든다!” 고부가가치 친환경 촉매 개발
  • 배지우
  • 승인 2023.03.22 10:45
  • 댓글 0
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- 값비싼 보조인자 추가 소모 없이 오래 사용할 수 있는‘보조인자 단백질 스윙암’개발
- 설탕을 공급해 월등히 비싼 약물로 전환… 약물, 에너지 등 고부가가치 창출 기대

전 세계적으로 환경 보호와 지속 가능한 발전이 강조되면서 생촉매인 효소*를 활용하여 약물 등 유용한 화합물을 생산하는 친환경 기술이 주목받고 있다. 특히 산화환원 효소(oxidation-reductase)는 화합물의 산화환원 반응에 관여하는 효소로 약물, 식품 원재료, 에너지 생산 등에 널리 사용되고 있다.

재사용 가능 산화환원 효소 마이크로 반응기. 다중 산화환원 효소와 보조인자 스윙암이 마이크로비드에 동시고정화 되어 생성물을 쉽게 분리하고 여러 번 재사용 가능하다.
재사용 가능 산화환원 효소 마이크로 반응기. 다중 산화환원 효소와 보조인자 스윙암이 마이크로비드에 동시고정화 되어 생성물을 쉽게 분리하고 여러 번 재사용 가능하다.

효소를 생성물과 분리하여 여러 번 재사용하려면 특정 담체에 효소를 고정해야하는데, 산화효소반응에 필수적인 보조인자인 NAD, NADP 등은 값이 매우 비싼데다가 고정시킬 수 없어 매번 추가로 소모된다. 이 과정에서 높은 비용이 소요되므로 보조인자를 재생시켜 지속적으로 약물을 생산할 수 있는 시스템 개발이 필요하다.

물질이 지속적으로 소모된다. 보조인자는 대부분 가격대가 매우 높아 재사용 기술이 요구된다. 보조인자의 작동에는 산화환원 효소 사이를 이동하기 위한 유동성이 필수적이다.

지스트(광주과학기술원, 총장직무대행 박래길) 신소재공학부 권인찬 교수 연구팀은 산화환원 반응에 다양하게 활용할 수 있는 플랫폼 기술로서 보조인자를 재생하는 친환경 생촉매 반응 시스템을 개발했다.  

연구팀은 보조인자를 유연한 단백질인 엘라스틴 유사 폴리펩타이드(ELP)를 결합하여 세계 최초로 보조인자 단백질 스윙암을 개발했다. 

보조인자 스윙암은 고체 지지체에 두 개의 산화환원 효소(포도당 탈수소효소 및 만니톨 탈수소효소)와 함께 머리카락보다 얇은 마이크로 사이즈 다공성 비드(bead)에 고정화하여 마이크로 반응기를 제작했다. 

마이크로 반응기에 ① 설탕을 구성하는 포도당과 과당을 원료로 공급하면 ② 포도당 탈수소효소가 포도당(약 700원/kg)을 사용하여 보조인자를 환원하고 ③ 환원된 보조인자는 만니톨 탈수소효소에 환원력을 공급하여 ④ 과당(약 1,300원/kg)을 월등히 비싼 약물인 D-만니톨*(약 10만 원/kg)로 전환하는 고부가가치 생산을 할 수 있다. 

생성된 마이크로반응기 시스템은 값비싼 효소와 보조인자 공급 없이도 반복적으로 1.6 mM 이상의 D-만니톨을 생산하는 것을 확인했으며, 이외에도 다양한 약물을 만드는데 활용할 수 있다. 

특히 생성된 D-만니톨은 간단한 여과를 통해 반응기에서 쉽게 분리되어 추가적으로 보조인자를 회수할 필요가 없어 기존에 보조인자를 생성물로부터 분리 및 회수하는 비용을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 

권인찬 교수는 “이번 연구성과는 값비싼 보조인자로 인해 상용화에 걸림돌이었던 산화환원 효소를 이용한 약물 개발을 비롯해 부생가스나 온실가스 등을 유용한 화합물로 전환하는 새로운 탄소자원화·탄소중립적 고부가가치 친환경 기술 개발의 가능성을 열 것으로 기대한다”고 말했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터, C1가스리파이너리사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 화학공학 분야 상위 국제 학술지인 ‘ACS Sustainable Chemistry & Engineering’에 2월 14일 온라인에 게재되었으며, 표지 논문으로 선정되었다.


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