박테리아로 컬러섬유 제조 세계 첫 성공...대량생산 가능한 단일공정 플랫폼 확보

박테리아로 컬러 섬유를 만드는 단일 공정 기술이 세계 처음 개발됐다. 연구진은 대량 생산 가능성을 확인하고, 이의 상용화도 추진 중이다. KAIST는 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 다양한 색상의 박테리아 셀룰로오스(색이 입혀진 미생물 섬유)를 단일 공정(원스텝)으로 생산하는 모듈형 공배양 플랫폼을 세계 최초로 개발했다고 19일 밝혔다. 박테리아 셀룰로오스는 특정 박테리아가 영양분을 흡수해 스스로 합성하는 천연 고분자 섬유다. 이 기술은 지속적인 연구 대상이었지만, 다양한 색상을 가진 섬유를 단일 공정으로 생산하는 기술은 그동안 불가능에 가까웠다. 기본적으로 색이 거의 흰색에 가까워 섬유 산업에서 요구하는 다양한 색상을 구현하기 어려웠다. 또한 기존 염색 공정은 석유 유래 염료와 독성 시약에 의존하기 때문에 환경오염 우려가 크고, 공정이 복잡하다. 연구팀은 이를 극복하기 위해 시스템 대사공학 기반의 색소 생합성 기술과 박테리아 셀룰로오스 생산균의 '공배양 전략'을 통합한 '원스텝 제조 플랫폼(단일공정)'을 구축했다. '공배양 전략'은 미생물은 색소를 만들고 다른 미생물은 섬유(셀룰로오스)를 만들면 두 기능을 하나의 공정 안에서 자연스럽게 결합하는 전략이다. 연구팀은 색을 만드는 대장균과 섬유를 만드는 박테리아를 함께 키운 뒤, 박테리아가 자라면서 자연스럽게 색이 입혀진 섬유가 한 번에 만들어지도록 한 것. 핵심 기술은 색소를 생산하는 대장균 균주를 특수 설계해, 천연 색소를 과량 생산하도록 한뒤 이를 세포 외부로 효율적으로 분비하도록 한 것이다. 특히, 연구팀은 보라색 섬유 생산에 성공했다. 자연계에서 보라색 색소는 분자 구조가 복잡해 미생물이 스스로 대량으로 합성하기 어렵다. 이 때문에 '보라색의 안정적 대량 생산' 자체가 고도화된 생명공학 기술력을 입증하는 중요한 지표로 평가받고 있다. 보라색을 내는 성분인 비올라세인·디옥시비올라세인은 단순 색소가 아니라 항산화, 항염, 항균, 항암 가능성까지 연구되는 기능성 바이오 소재다. 의약·화장품 산업에서도 가치가 높다. 연구팀은 비올라세인 계열 보라색 생산에서 극도로 높은 생산성과 기술적 성숙도를 확보했다고 부연 설명했다. 실제 보라색 핵심 요소인 디옥시비올라세안은 세계 최고 수준인 리터당 16.92g을 생산했다. 또 비올라세안은 8.09g/L, 프로비올라세안은 1.82g/L, 프로디오시비올라세안은 936.25 mg/L를 생산하는데 성공했다. 이를 개발하는데 주도적인 역할을 한 주항서(Zhou Hengrui, 논문 제1저자) 박사과정생은 "별도의 화학적 염색 없이 적색·주황·황색·녹색·청색·남색·자색 등 전 스펙트럼의 무지개색 섬유를 친환경적으로 생산할 수 있다"고 말했다. 연구를 지도한 이상엽 특훈교수는 “다양한 기능성 소재를 별도의 화학 처리 없이 단일 단계에서 생산할 수 있는 핵심 기술이 될 것”이라며 "며 "KAIST 연구소 기업 실리코바이오를 통해 상용화를 추진 중"이라고 밝혔다. 연구 결과는 바이오 분야 국제 학술지(Trends in Biotechnology)에 지난 12일 게재됐다. 연구는 과학기술정보통신부 기후환경연구개발사업(바이오화학산업 선도를 위한 차세대 바이오리파이너리 원천기술 개발 과제) 지원을 받아 수행됐다.