바이오 셀룰로오스 생산을 위한 미생물 개량 연구 동향

KAIST 정기준 교수, 허동훈 박사과정

1. 개요
셀룰로오스(cellulose)는 전세계적으로 가장 많이 생산되는 바이오폴리머이다. 셀룰로오스는 포도당(glucose)를 단위체로 하는 선형 고분자이며, 주로 식물체 내에서 생산된다고 알려져있다. 식물계 셀룰로오스는 높은 인장강도와 탄성계수를 갖고 있어 다양한 산업분야에 응용되고자 연구가 진행되고 있으나, 식물 유래 셀룰로오스는 식물체 내에 존재하는 리그닌(lignin)과 헤미셀룰로오스(hemicellulose)등과 복잡한 구조로 얽혀있어 정제과정에서 상대적으로 많은 비용과 에너지를 필요로 한다는 단점이 있다.

셀룰로오스는 식물뿐만 아니라 박테리아, 조류, 진균류 등 다양한 미생물 내에서도 생성되며, 이를 미생물 셀룰로오스(microbial cellulose)라고 부른다. 그 중 박테리아 셀룰로오스(bacterial cellulose)는 나노섬유(nanofiber) 형태로 생산되기 때문에 식물 유래 셀룰로오스보다 높은 결정화도, 수분 흡수율, 인장강도 등의 특징을 보이며, 리그닌과 헤미셀룰로오스와 같은 불순물들을 포함하지 않아 정제과정이 비교적 간편하다는 장점이 있다. 특히 생체적합성이 우수하여 의료산업과 화장품산업 분야에서도 많은 응용이 되고있다.

박테리아 셀룰로오스는 현재까지 코마가테이박터(Komagataeibacter) 속 균주에 의해 주로 생산되어왔으며, 코마가테이박터를 모델 균주로 하여 많은 연구가 진행되고 있다. 코마가테이박터 균주는 포도당과 일부 당류를 탄소원으로 사용하며 셀룰로오스를 생산할 수 있다. 하지만 미생물은 세포 성장 및 부산물 생성 등에도 상당한 탄소원과 에너지원을 사용하기 때문에 산업분야에 직접적으로 적용되기 위해서는 야생형 균주보다 더 높은 셀룰로오스 생산성과 수율을 갖도록 균주를 개량하여야 한다. 따라서 합성생물학적 방법을 이용해 셀룰로오스를 대량 생산할 수 있는 기술의 개발이 필요하며, 본 보고서에서는 박테리아를 기반으로 하는 셀룰로오스 대량 생산을 위한 합생생물학적 연구 동향에 대해서 고찰해 보고자 한다.

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