이화여자대학교 화학신소재공학과 생물화학공학 연구실 (박시재 교수)

연구실 개요

2017년 3월에 문을 연 이화여자대학교 화학신소재공학과 생물화학공학 연구실 (BCEL; BioChemical Engineering Lab)은 미생물의 바이오리파이너리 기반 대사공학적 개량 전략 개발 및 목적 물질의 대량 생산을 위한 미생물 발효 공정 개발과 관련된 연구를 진행중이다. 바이오리파이너리는 기존의 석유화학산업에 대항하여, 바이오매스 기반 원료로부터 다양한 산물들을 지속 가능한 생물학적 공정을 통해 생산하기 위한 기반기술을 통칭한다. 최근에는 바이오매스 기반 원료뿐만 아니라, 플라스틱 폐기물이나 온실 가스와 같은 환경 오염원을 원료로 활용하는 발상의 전환을 통해, 환경 오염 문제를 해결하는 동시에 이러한 오염원을 고부가산물로 전환하는 생물학적 플랫폼 기술도 활발하게 개발되고 있다.
본 연구실에서는 C1가스 중 메탄의 생물학적 전환을 비롯하여, 바이오리파이너리의 호스트 균주로 이용할 수 있는 재조합 균주를 개발할 수 있는 대사공학적 전략 개발 연구를 진행하고 있다. 세부적인 연구 주제로는 생분해성고분자의 생산을 위한 재조합 메탄자화균주의 개발, 폐플라스틱 바이오/화학 융합 업사이클링을 위한 재조합 미생물 균주 개발, 바이오폴리머, 바이오케미칼, 바이오연료 및 기능성 펩타이드의 생산을 위한 재조합 미생물 균주의 시스템 대사공학 전략 개발, 프로바이오틱스 균주 개발 등이 있다.

주요 연구내용 소개

1. C1 가스의 생물학적 전환을 통한 생분해성고분자 생산 기술 개발

본 연구실에서는, 천연가스 및 온실가스의 주요 구성성분이자, 저렴한 탄소원인 메탄과 메탄으로부터 전환된 메탄올을 활용하여 플라스틱 폐기물 문제를 해결할 수 있는 방법 중의 하나인 미생물을 이용한 생분해성고분자 생산 연구를 진행하고 있다.
- 메탄 및 메탄올로부터 생분해성고분자를 효율적으로 생산할 수 있는 메탄자화균주 스크리닝 및 재조합 메탄자화균주 개발
- 메탄자화균주의 고농도 배양을 위한 가스 비율 및 배지 조성 최적화를 통한 배양 조건 확립
- Polyhydroxyalkanoate (PHA) 등의 생분해성고분자를 생산하기 위한 재조합 메탄자화균주 개발
- 메탄자화균주의 생분해성고분자 생산능 향상을 위한 시스템대사공학 전략 개발
- 생분해성고분자의 대량 생산을 위한 발효 조건 확립 및 생분해성고분자의 분리 정제 기술 개발

2. 폐플라스틱 활용을 위한 화학-생물학적 통합 공정 개발

본 연구실에서는, 근래의 폐플라스틱 사태의 해결방안 중 하나인 폐플라스틱 고부가 재활용을 위해 생물학적 플라스틱 순환 기술 개발에 대한 연구를 진행하고 있다.
- 바이오/화학 기술을 통한 폐플라스틱 업사이클링 원천 기술 개발
- 폐플라스틱 업사이클링 맞춤형 재조합 균주 개발
- 폐플라스틱 해중합 단량체의 생물학적 고부가화 기술 개발
- 폐플라스틱의 생물학적 분해를 위한 효소/미생물 원천 시스템 개발

3. 미생물 세포 공장 기반 고부가산물 생산 기술 개발

본 연구실에서는, 대사공학적으로 엔지니어링된 미생물 호스트 균주를 이용하여 바이오케미칼, 바이오연료, 바이오고분자 단량체 및 생분해성고분자와 같은 다양한 고부가산물을 생산하기 위한 연구를 진행하고 있다.
- Dicarboxylic acid, aminocarboxylic acid, diamine 생산을 위한 재조합 코리네박테리움 균주 개발

- Non-natural polyester 생산 재조합 미생물 시스템 개발

연구실 구성원

이화여자대학교 생물화학공학 연구실에서는 박시재 교수와 박사후연구원 1명, 박사과정 학생 4명, 석사과정 학생 4명, 연구원 2명을 포함한 총 12명의 구성원이 활발하게 연구에 참여하고 있다. 2017년부터 2020년 현재까지 SCI(E) 급 학술지에 30편 이상의 논문을 게재하였으며, 2건의 특허를 출원하였다. 현재 C1 가스 리파이너리 사업을 비롯한 한국연구재단 연구사업, 농림부 포스트게놈다부처유전체 사업, 산업부 산업기술혁신사업 지원 연구과제에 참여하고 있다.