KAIST-스탠퍼드, “에탄이 메탄산화균 대사에 간접 영향”…PHB 생산 증가 밝혀

한국과학기술원(KAIST)은 명재욱 건설및환경공학과 교수 연구팀이 미국 스탠퍼드대와의 공동연구를 통해, 천연가스의 부성분인 에탄이 메탄산화균의 주요 대사 흐름에 간접적으로 영향을 미친다는 사실을 처음으로 규명했다고 7일 밝혔다.

연구팀은 편성 메탄산화균(Methylosinus trichosporium OB3b)에 에탄을 첨가한 실험을 통해, 에탄이 성장 기질로는 작용하지 않지만, 메탄 산화, 세포 성장, 생분해성 고분자인 PHB(Polyhydroxybutyrate) 합성 등에 유의미한 영향을 준다는 점을 확인했다.

에탄은 단독으로는 메탄산화균의 대사에 활용되지 않지만, 메탄과 함께 존재할 경우 pMMO(입자상 메탄모노옥시게네이스) 효소를 통해 산화되는 동시 산화(co-oxidation) 현상이 발생했다. 이때 생성된 중간대사산물 아세테이트는 세포 성장에는 억제 효과를, PHB 생산에는 촉진 효과를 보였다.

연구에 따르면 에탄 농도가 높을수록 ▲세포 성장 감소 ▲메탄 소비량 감소 ▲PHB 축적 증가 현상이 뚜렷해졌다. 특히 영양이 풍부한 환경에서는 에탄이 부정적으로 작용했지만, 영양 불균형 상태에서는 오히려 PHB 합성을 유도해 긍정적 역할도 확인됐다.

한편, 에탄 첨가로 인해 메탄 분해 효소인 pMMO의 작동은 감소했지만, 해당 효소를 구성하는 pmoA 유전자의 발현량은 변화가 없었다. 이는 에탄이 유전자 수준보다는 효소 활성이나 전사 이후 조절 과정에서 대사에 영향을 준다는 것을 시사한다.

KAIST는 이번 연구가 편성 메탄산화균이 단일 기질이 아닌 복합 기질 조건에서 어떻게 대사적으로 반응하는지를 체계적으로 규명한 첫 사례라고 평가했다.

명재욱 교수는 “에탄은 메탄산화균의 대사를 간접적으로 조절하는 조절자 역할을 한다”며 “이 연구는 생물학적 메탄 저감 기술뿐 아니라 바이오플라스틱 생산 공정에도 새로운 가능성을 제시한 것”이라고 밝혔다.