최근 웰빙(well being)으로 대표되는 삶의 질 향상과 지구 온난화, 이상기온 등 환경문제에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다.

이에 따라 점차 강화되고 있는 환경규제는 석유자원에 대한 의존도를 낮추도록 요구할 뿐 아니라 환경친화적인 물질 개발을 촉진하고 있다. 이렇게 환경친화적인 방향으로 변화하고 있는 패러다임에 맞춰 화학기업들은 자유롭고 지속적인 발전을 위한 새로운 돌파구를 모색하고 있다. 그중 가장 주목받고 있는 기술이 산업바이오기술이라고 불리는 white BT기술이다.

white BT기술은 바이오매스 등과 같은 재생 가능한 자원을 이용하는 기술과 효소와 같은 바이오촉매를 산업생산에 활용하는 효소공학기술이 핵심이다. 최근 유전체 정보의 증가와 난 배양성 미생물 유전체 및 극한 미생물 배양기술에 힘입어 대부분의 화학반응을 수행할 수 있는 효소를 자연계에서 찾을 수 있게 됐다.

미생물을 이용한 산업은 고부가가치의 환경 친화적 산업으로 우리나라와 같이 자원 빈국에 적합한 사업임은 두말 할 나위도 없으며 세계적인 미생물 산업 국가로서의 위상을 확보하기 위해서는 신규 효소, 항생제, 생리활성 물질, 향장소재 등을 이용한 white BT 기술의 활용 극대화가 절대적이라 할 수 있다.

현재 사용하고 있는 의약품의 절대 다수가 미생물 유래 물질로서 항생제의 경우 약 80%가 미생물로부터 발견된 제품들이다. 그러나 이러한 미생물 관련 산업은 모두 1% 미만의 배양이 가능한 미생물로부터 나온 산물 또는 미생물 자체를 이용한 것으로 아직까지 발굴되지 않은 99%의 미생물 자원을 확보하고 활용할 수 있는 연구가 시급하다.

그러기 위해서는 먼저 유전체정보를 기반으로 한 효소자원의 선발 기술이 필수적이다.

모든 종류의 단백질을 우리의 목적에 맞도록 만드는 것은 미래 생명공학의 시장을 창출하는데 중요한 핵심 기술이 된다. 효소 개량을 위한 전제 조건은 우리가 원하는 반응이 물리화학적으로 가능하고 그런 반응을 실현할 수 있을 정도의 촉매 역할을 할 수 있는 단백질이 구조적으로 가능해야 한다. 그러한 단백질이 자연계에 없다면 그런 구조로 진화해 갈 수 있도록 단백질을 코딩하는 유전자를 찾아서 원하는 기능을 갖는 단백질을 만드는 효소를 개량하는 분자진화기술이 개발 필요하다. 현재 이 분야 연구의 세계적 선도 그룹은 DNA shuffling이라는 핵심 원천기술을 기반으로 효소를 이용한 발효, 생물전환, 화학공정의 개량, 농업, 환경, 식품가공 산업 등 전 분야에 걸쳐 기술적인 우위를 점하고자 집중적 투자와 노력을 경주하고 있다. 이 기술을 이용하면 발현량은 원래대로 유지하면서 기질특이성만 증가시켜 숙주의 생리적 변화를 최소화한 상태에서의 대사공학적 개량을 시도할 수 있게 된다.

또 생체 내에 존재하는 복잡 다양한 물질들을 바이오촉매를 이용해 고부가가치의 산물로 전환시키는 생물전환기술(bioconversion technology)도 우리가 갖춰야 할 필수적인 기술이다. 생물전환 반응에 사용되는 바이오 촉매로는 생육이 빠르고, 배양이 쉬우며, 다양한 화학반응을 수행할 수 있는 세균, 곰팡이, 효모 등의 미생물이 보유하고 있는 효소가 가장 적합해 집중적으로 연구되고 있다. 멀지 않은 장래에 분자설계 및 진화기술의 발전으로 원하는 화학반응에 가장 적합한 맞춤형 효소의 개발이 가능해지면 진일보된 생물전환기술로 고효율 저비용으로 다양한 기능을 가진 천연물질을 생산할 수 있게 된다.

그러나 국내의 생물전환기술 연구는 일부 항생제, 의약품 및 식품소재의 생산 등에 편중돼 있으며 생물전환기술을 전문으로 하는 연구자들의 저변이 아직까지는 넓지 않은 형편이라 앞으로 국가적인 차원에서 더 많은 투자가 이뤄져야 한다. 합성화학기술을 대체 보완하기 위한 이러한 기술개발은 첨단 생명공학기술인 white BT 기술이 선택해야 할 가장 중요한 기술이라고 생각되며 화학산업은 물론 다른 산업분야에도 널리 활용되는 중요한 기술이 되리라 확신한다.

/구본성 농촌진흥청·국립농업과학원 기능성물질 개발 과장