울산과학기술원 김용환 교수 연구실

연구실 개요

본 연구실은 2016년 9월 UNIST에 새롭게 “Enzyme and Protein Engineering Lab”이라는 이름으로 열었습니다. 이름에서 알 수 있듯이 세포내에 촉매작용을 하는 단백질 촉매인 효소를 핵심 소재로 하여 여러 가지 유용한 물질을 효과적으로 생산할 수 있는 새로운 생물화학공정을 개발하는 것이 본 연구실의 목표입니다.

효소는 단백질 사슬이 일정한 3차원 입체구조를 가지면서 상온, 상압에서 기적에 가까울 정도로 높은 선택성, 반응성을 가지고 원하는 화학반응을 촉매하는 생물소재입니다 (그림 1). 효소의 3차원 구조는 단백질의 1차구조 즉 서열 정보에 의하여 좌우되며 3차원 구조가 결과적으로 효소 단백질의 기능을 결정하게 되기 때문에 단백질 서열이 핵심 정보라 할 수 있습니다.

최근에 효소는 상온, 상압 등의 매우 온화한 조건에서 효율적으로 원하는 물질을 합성할 수 있기 때문에 매우 친환경적인 장점이 있으며, 친환경공정 소위 Green Process을 구성하는데 있어서 핵심요소입니다. 효소를 공정에 적용하기 위해서는 소위 3S (Specific activity, Selectivity, Stability)가 높아야 합니다. 그러나 자연계에서 구할 수 있는 효소는 이러한 요건을 갖추기가 어려울 때가 많이 있습니다. 본 연구실에서는 계산과학을 기본으로 하여 소위 in-silico design 기법을 통하여 효소의 이러한 특성을 개량하는 연구를 진행하고 있으며 이렇게 특성이 개량된 효소는 산업적으로 다양한 분야에 사용이 가능합니다 (그림 2).

최근 저희는 C1 가스 리파이너리 사업단의 지원 하에 일산화탄소를 유용한 자원인 개미산으로 전환하며, 동시에 생산된 개미산을 기반으로 바이오폴리머를 생산하는 연구를 진행하고 있습니다. 이를 위하여 신개념의 효소 생촉매를 발굴, 재설계하는 연구를 진행하고 있으며 일부 주목할 만한 성과를 거두어 이를 기술이전한 바 있습니다 (그림 3)

연구실 현황