광주과학기술원 지구환경공학부 장인섭 교수님 연구실

연구실 개요

광주과학기술원 지구환경공학부 에너지바이오텍 연구실 (Energy and Biotech Laboratory) 에서는 일산화탄소 및 합성가스를 기반으로 한 미래 유망 재생 자원 발굴이라는 목표를 가지고 생명 공학과 화학 반응 공학의 통합 연구를 수행하고 있다. 일산화탄소 기반 유기화합물 변환을 효율적으로 수행할 수 있는 생물 촉매는 공정 운전 경제성과 유전자를 기반 형질 전환이 가능하다는 특징을 가지고 있다. 연구실에서는 유전 공학적 도구와 미생물 개발/ 배양 기술을 토대로 일산화탄소 자화 미생물의 알콜과 유기산, 유기산 유래 고부가가치 화합물의 생산 능력을 극대화하는 연구를 진행하고 있다. 미생물의 바이오연료 생산 능력은 주변 환경에 의해 쉽게 변동되는 특성으로 인해, 따라서 배양이 이뤄지는 반응기의 설계 또한 유전 공학적 도구에 못지 않게 중요하다. 연구실에서는 생물 촉매에게 최적의 조건을 제공할 수 있는 물질 전달 계수가 극대화된 반응기와 유기산 생산 성능을 극대화할 수 있는 배양액 조성 확립 연구를 진행하여 최종적으로 경제성과 생산성을 모두 갖춘 일산화탄소 변환, 고부가가치 생산 기술을 확보하고자 노력하고 있다.

주요 연구 내용 소개

1. Genetic modification을 통한 일산화탄소 자화균주의 알콜, 유기산 등의 생산 능력 극대화 합성가스의 주성분인 일산화탄소와 수소 그리고 이산화탄소를 자화하여 아세트산 등의 유기산을 생산하는 균주를 일컬어 아세토젠 (Acetogen)이라 한다. 아세트산의 유기산 생산 능력을 상업화 가능 수준으로 극대화하고, 또한 고부가가치 산물을 생산하기 위해 공정을 고도화하거나 후처리 과정을 추가하는 방법을 고려할 수 있지만, 해당 방법은 생산 비용적으로 불리한 여건을 안고 있다. 아세토젠과 같은 미생물은 대부분 그람양성세균으로 유전자 재조합을 통해 생리적 특성을 변경하는 것이 쉽지 않은데, 재조합을 통한 생리적 특성은 후대에 동일하게 유전되는 성질을 지닌다. 재조합을 통해 유기산 생산 능력을 향상시키며 또한 신규 산물의 생산 능력을 부여할 경우 후처리 공정 등을 개발하는 것에 비해 대단히 경제적인 성과를 기대할 수 있다. 본 연구실에서는 다수의 아세토젠에 대해 전체 유전자 정보를 확보하고 있으며, 이의 대사 경로 또한 작성하여 유전자 재조합 연구에 활용하고 있다.

2. 일산화탄소 전환을 위한 생물 반응기 설계 및 운전 전략 구축 연구실에서는 아세토젠의 일산화탄소 자화 극대화 능력 및 유기산 등의 산물 생산 속도를 증대시키기 위하여 반응기의 설계 및 운전 전략을 구축하는 연구를 수행하고 있다. 선행 연구를 통해 저동력 기-액 물질전달 시스템, 최적 배양 조성 등을 확보하여 이를 실제 아세토젠 배양에 활용하고 있으며, 아세토젠의 유기산 생산 능력을 더욱 증대시키기 위하여 배양 조건별미생물 동역학 연관성 수치모델화와 더불어 반응기 설계 개선을 통해 유기산 생산성을 확장하는 연구를 수행하고 있다. 본 연구실에서는 일산화탄소 기반 아세토젠의 유기산 생산 설비를 산업 등급으로 성장시킬 수 있는 원천 기술을 확보하는 것을 최종 목표로 하여 필요 동력의 최소화와 아세토젠의 유기산 생산 능력의 극대화를 목표로 배양 시스템 개발을 진행 중이다.

연구실 소개