고려대학교 생명과학대학

식품공학과 김경헌 교수(김동현 박사, 윤은주 박사, 유소라 박사과정)와 미국 일리노이대 진용수 연구팀(이재원 박사, Jing Jing Liu 박사)은 공동연구를 통해 홍조류 자원을 이용하여 바이오에너지 및 바이오화학물질을 생산하는데 성공했다.

무분별한 화석연료의 사용으로 화석연료의 고갈과 지구온난화와 같은 기후변화 문제가 전 세계적으로 심각해지고 있다. 많은 연구자들이 이를 해결하기 위해서, 화석연료로 만들어낼 수 있는 에너지 및 다양한 물질들을 지속가능한 미래에너지자원인 미생물, 식물, 동물 등의 생물체로부터 만들기 위해 연구를 활발히 진행하고 있다.  

처음에는 사탕수수와 옥수수 등의 식량을 이용하여 바이오에탄올 등을 만들려고 했지만, 식품을 이용한다는 윤리적인 문제와 식량 가격이 급등할 거라는 문제점들로 인해, 식품으로 이용할 수 없는 갈대와 억새와 같은 비식용 작물을 이용하여 바이오에너지 및 바이오화학물질들을 생산하고자하는 연구들이 진행되어왔다. 그러나 이들은 리그닌이라는 주요 구성성분이 높은 함량으로 존재하여 단단한 구조를 형성하기 때문에 쉽게 분해되지 않는 다는 단점이 있다.

반면, 해양식물자원인 해조류는 리그닌 함량이 매우 낮아, 구조가 단단하지 않고 쉽게 분해되어 이들을 자원으로 이용하기가 더 유리하다. 또한 해조류는 이산화탄소를 고정, 공기 중 탄소를 제거하는 효율이 매우 높으며, 육상식물과는 달리 넓은 경작지나 비료, 농업용수가 따로 필요하지 않다.

그러나, 이러한 해조류들은 육상식물에는 존재하지 않는 독특한 탄수화물로 구성되어있다. 예를 들어서 다시마와 같은 갈조류에는 알긴산(alginate)이라는 독특한 구성성분을 지니고 있으며, 꼬시래기 또는 우뭇가사리와 같은 홍조류에는 아가로스(agarose)라는 독특한 구성성분을 지니고 있다. 현재까지 갈조류에 대한 연구는 활발하게 진행되고 있었지만, 홍조류에 대한 연구는 미흡하다. 

아가로스는 갈락토오스에서 물 한 분자가 빠진 무수당(3,6-anhydrogalactose, AHG)과 갈락토오스로 구성되어 있는데, 갈락토오스는 일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 흔한 당으로, 미생물이 성장을 위해 쉽게 사용가능하지만, 무수당은 육상식물에 존재하지 않는 희귀당으로 이를 대사할 수 있는 미생물은 매우 제한적이다. 또한, 무수당은 독특한 고리형태로 인해 산과 열에 매우 취약해서 쉽게 변성이 되기때문에 이를 이용해서 다른 유용한 물질을 생산하기에는 매우 어렵다. 이러한 이유들로 많은 장점을 지님에도 불구하고 홍조류를 이용한 연구가 활발히 이루어지지 않고 있다. 그러나, 무수당의 이러한 독특한 구조는 오히려 다양한 플랫폼 화학물질로 전환될 수 있는 잠재력을 지니고 있다 (그림 1).