전남대학교 “생물공정 연구실” (김태완 교수)

연구실 개요

생물공정 연구실 (Bioprocess Engineering Lab) 에서는 바이오매스 및 C1 가스 (CO, CO2, CH4 등) 등 다양한 재생 및 가스 자원을 원료물질로 활용하여 미생물 반응시스템 및 발효공정을 개발하고 있다. 대표적으로, 화학무기독립영양 미생물의 고정화세포 연속배양공정 개발을 통한 고효율 바이오리칭 공정개발 연구를 진행하였다. 또한, 바이오리파이너리 분야에서는 재조합 대장균 구축 및 유가식 배양공정 개발을 통해 감마아미노부틸산 (GABA) 생산을 위한 고효율 발효공정 개발 연구를 진행하였다.

주요 연구내용 소개

1. 고효율 바이오리칭 공정 개발

미생물을 활용하여 폐기물 (폐전자기기, 폐배터리 등)로부터 희소금속을 회수하기 위해 대표적인 화학무기독립영양 미생물인 Acdithiobacillus ferrooxidans의 고정화세포 연속배양공정을 개발하였다. A. ferrooxidans 미생물은 화학무기독립영양 미생물로서 공기 중의 CO2를 탄소원으로 이용하고, ferrous iron (Fe2+)을 ferric iron (Fe3+)으로 산화시킴으로써 성장에 필요한 에너지를 얻는 특징이 있다. A. ferrooxidans 배양액은 고농도의 산화철을 함유하는 산성(pH 2.0) 용액으로서 금속폐기물에 존재하는 금속들의 용해 및 용출에 상대적으로 유리한 환경을 제공하는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 A. ferrooxidans 미생물의 고농도 배양을 위해 세포고정화 기술을 개발 후 고정화세포 연속배양 공정을 개발하였다. 또한 연속배양공정으로부터 배출되는 배양액을 이용하여 폐 PCB(Printed Circuit Board)로부터 금속을 회수하는 고효율 바이오리칭 통합공정개발 연구를 수행하였다.

2. 바이오화학 소재 고생산성 발효공정 개발

감마아미노부틸산 (gamma-aminobutyric acid, GABA)은 아미노산의 일종으로 포유류의 중추신경계에 작용하는 억제성 신경전달물질로 알려져 있다. 또한, GABA는 Nylon4의 전구체 물질로도 잘 알려져 있는데, 최근 바이오플라스틱에 대한 관심이 높아지면서 생물학적 GABA 생산에 대한 관심도 커지고 있다. 따라서 본 연구에서는 포도당으로부터 직접 발효에 의한 GABA 생산을 위한 고효율 재조합 대장균을 제작하고, 유가식 배양공정을 최적화함으로써 고생산성 GABA 생산 공정을 개발하였다.

연구실 현황

생물공정 연구실은 김태완 교수님을 비롯하여 학사과정생 4명으로 총 5명의 실원으로 구성되어 있다. 2017년 실험실 오픈 이후 현재까지 석사 6명을 배출하였고 SCI 급 논문 14건 게재의 연구 실적을 올리고 있다. 특히 과학기술정보통신부 지원사업으로 국내 최대 규모의 "C1 가스 리파이너리 사업단“에 참여 중이다.