포스텍 차형준 교수팀, 탄소자원화 위한 열안정성 높인 탄산무수화 효소 개발

포스텍 교수팀이 전 세계적인 문제로 대두되고 있는 지구 온난화의 주범인 이산화탄소를 잡을 강력한 효소를 개발해 지구촌 환경개선에 획기적 기여 할 것으로 전망된다.

지구는 온난화 열기 때문에 기후가 급격하게 변화하며 태풍과 홍수, 한파로 인한 피해가 급증하고 있다. 그래서 그 대표적인 원인 중 하나인 화석연료 사용에 의한 이산화탄소 배출로 비난의 눈길이 쏠린다. 이에 ‘지구온난화’의 주범인 이산화탄소를 이용해 새로운 소재를 만드는 탄소자원화 연구가 눈길을 끌고 있지만, 최근 탄소자원화의 효과적인 방안으로 주목받고 있는 탄산무수화 효소의 안정성이 낮다는 점은 산업 적용에 큰 걸림돌이었다.

이러한 가운데 POSTECH(포항공과대학교·총장 김도연) 화학공학과 차형준 교수·조병훈 연구교수 연구팀은 서울대 화학생물공학부 유영제 교수 연구팀과 함께 기존의 경제적으로 대량생산이 가능한 탄산무수화 효소에 자연계에 존재하지 않는 새로운 이황화 결합을 도입해 안정성을 대폭 향상시킨 탄산무수화 효소를 개발하는 데 성공해 세계적인 관심을 불러일으키고 있다.

탄산무수화 효소는 이산화탄소를 물과 반응시켜 탄산염을 자연반응보다 1천만 배 빠르게 만드는 효소로, 여기서 만들어진 탄산염이 양이온과 반응하면 새로운 탄산화합물이 만들어진다.

이 화합물은 인공 뼈나 칼슘보조제와 같은 고부가가치 의료용품이나 시멘트, 플라스틱, 제지와 같은 공업용 재료로 활용할 수 있어 친환경성과 경제성으로 높아 시선을 끌었다.

하지만, 탄산무수화 효소의 열적 안정성이 낮아, 높은 온도에서 견뎌야 하는 산업공정에는 활용할 수 없다는 점이 한계로 지적됐다.

기존에도 이황화 결합을 통해 열적 안정성을 높이려는 연구는 있었지만, 그 효과는 미미했다. 공동연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 다양한 이황화 결합을 도입한 탄산무수화 효소 변이체들을 디자인하였다. 이렇게 개발된 변이체는 8배 이상 열적 안정성이 향상되어 고온 공정의 산업적 적용에 유리한 특성을 나타냈다.

연구를 주도한 POSTECH 차형준 교수는 “이번 연구는 탄소자원화를 위한 생물모방 전환 연구의 일환으로 열안정성과 경제적 대량생산능력을 갖춰 산업공정에 적용이 가능할 수 있는 강력한 탄산무수화 효소를 개발하였다는 점에 의의가 있다”고 설명했다.

한편 이 연구는 산업통상자원부 산하 한국에너지기술평가원의 ‘나노바이오촉매 기반 고효율 이산화탄소 전환 및 활용 기술 개발’의 지원을 받아 수행되었으며, 연구결과는 네이처 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 7일자(현지시간) 게재됐다.


△이황화 결합=단백질을 구성하는 두 개의 시스테인 아미노산이 산화하여 이루어지는 강력한 화학 결합.

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