항암제 원료, 흔한 당으로 98% 만들었다… ‘효소 4종 이어달리기’ 세계 첫 실증 □ 항암제와 B형 간염 치료제의 핵심 원료를 친환경적으로 생산할 수 있는 기술이 나왔다. 자연에서 흔한 당인 D-리보오스에서 효소 반응만으로 이 원료를 합성해 낸 것은 세계 처음이다. □ 고려대학교(총장 김동원) 생명과학대학 식품공학과 및 대학원 융합생명공학과 김경헌 교수팀과 경북대학교 식품공학부 김동현 교수는 D-리보오스를 약품 원료인 L-리보오스로 98% 이상 바꾸는 데 성공했다고 밝혔다. 연구 결과는 영국 왕립화학회(RSC) 학술지 ‘Green Chemistry(IF=10.6)’에 8월 20일 게재됐다. *논문명: Biocatalytic stereoinversion of D-ribose to enantiopure L-ribose via a kinetic model-guided redox cascade *DOI: 10.1039/d6gc04289a *URL: https://doi.org/10.1039/d6gc04289a □ 당 분자는 오른손과 왼손처럼 모양은 같지만 서로 포개지지 않는 두 종류가 있다. 자연에는 오른손 모양(D형)이 흔하고, 약 재료로 쓰이는 왼손 모양(L형)은 거의 없다. 그래서 L-리보오스는 만들기가 까다로웠다. 기존 화학 합성은 영하 78도 냉각과 독성 물질이 필요한 4~9단계의 과정을 거쳐야 했다. 효소를 쓴 방법도 있었지만, 희귀하고 비싼 원료에서 출발해야 했고 수율도 최고 70% 수준에 머물렀다. □ 연구팀은 흔한 오른손 당을 왼손 당으로 ‘뒤집는’ 방법을 찾았다. 먼저 오른손 당을 좌우 구분이 없는 중간 물질(리비톨)로 바꾼 뒤, 이를 왼손 당으로만 다시 바꾸는 방식이다. 효소는 화학 반응을 도와주는 단백질 일꾼으로, 연구팀은 효모와 셀러리 등에서 얻은 효소 4종을 25도의 수용액 반응기에 함께 넣었다. 효소들이 이어달리기하듯 바통을 넘기며 차례로 일한다. □ 이 방식은 그동안 어렵다고 여겨졌다. 효소마다 쓰는 에너지 충전 물질(조효소)이 달라 한 그릇에 넣으면 서로 방해했기 때문이다. 연구팀은 효소들이 각자 따로 충전하도록 설계해 문제를 풀었다. 또 반응을 수학적 모델로 나타내고 컴퓨터로 효소를 얼마나 넣을지 미리 계산했다. 처음에는 넣은 당의 23.3%만 바뀌었지만, 계산으로 조건을 맞추자 98% 이상으로 높아졌다. □ 당을 20~60mM 넣었을 때 98% 이상이 원하는 재료로 바뀌었고, 원하는 모양의 비율(순도)도 99% 이상이었다. 더 진한 조건인 70mM에서도 수율 96.4%로, 물 1리터당 10.3g을 얻었다. 반응에는 약 4일(96시간)이 걸렸다. □ 환경 부담도 줄었다. 물을 제외한 폐기물 지표(단순 E-계수)는 1.97로, 9단계 화학 합성법(86)의 40분의 1 이하다. 4단계 화학 합성법(8.7)과 비교해도 약 4분의 1 수준이다. 원료가 96% 이상 쓰여 값비싼 분리 과정 없이도 고순도 결과물을 쉽게 얻을 수 있을 것으로 연구팀은 보고 있다. *E-계수(E-factor): 제품 1kg을 생산하는 데 발생하는 폐기물의 양(kg)을 나타내는 지표로, 화학 공정의 친환경성을 정량적으로 평가하는 데 널리 쓰인다. 숫자가 낮을수록 폐기물 발생이 적어 더 친환경적인 공정임을 뜻한다. □ 김경헌 고려대 교수는 “위험한 물질이나 영하 78도 냉각 장치 없이 상온의 수용액에서 효소만으로 약품 원료를 얻는 기술을 확보했다”고 말했다. 김동현 경북대 교수는 “약품 원료를 향후 국내에서 더 저렴한 가격으로 만들 수 있게 돼 환자들의 치료비 부담을 덜 수 있을 것” 이라고 밝혔다. □ 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 바이오의료기술개발사업(RS-2024-00452695) 및 개인기초연구사업(RS-2026-25485154), 교육부·대구광역시 지역혁신중심 대학지원체계(RISE) 글로컬30 사업(대구 RISE센터, 2025-RISE-03-001)의 지원을 받아 수행됐다. [첨부1] 연구진 사진 △ (왼쪽부터) 고려대 생명과학대학 식품공학과 및 대학원 융합생명공학과 김경헌 교수(교신저자), 경북대 식품공학부 김동현 교수(공동 교신저자),고려대 대학원 융합생명공학과 이자현 박사과정(제1저자), 김윤주 석사(제2저자) [첨부2] 연구논문이미지 △ D-리보오스를 산화·환원 효소 카스케이드로 리비톨을 거쳐 L-리보오스로 전환하는 생촉매 입체선택적 전환(biocatalytic stereoinversion) 공정 모식도. 96% 생산수율, 97% 이상 광학순도(ee), 10.3 g/L 농도, 폐기물지표(sEF) 1.97 g/g를 달성했다. 기사작성: 고려대학교 커뮤니케이션팀 고대소식 링크: https://www.korea.ac.kr/bbs/ko/42/122162/artclView.do?layout=unknown
고려대-LG화학 “골칫덩이 천막·현수막 폐기물, PET·PVC로 동시에 재활용” △ 실생활에 사용되는 PVC-PET 복합 타포린 폐기물을 생물 유래 촉매(베타인)를 이용한 글리콜리시스 공정으로 처리해 PET는 단량체(BHET)로 화학적 재활용하고, PVC는 고형분(재활용 r-PVC)으로 회수해 기계적 재활용하며, 용매(EG)는 재사용하는 통합 재활용 공정 천막과 현수막을 폐기하지 않고 재활용할 수 있는 길이 열렸다. 고려대학교(총장 김동원) 융합생명공학과 김경헌 교수 연구팀이 경북대학교 김동현 교수 연구팀, LG화학 윤정훈 부장 연구팀과 공동으로 ‘PVC 타포린’을 재활용할 수 있는 촉매 기반 공정 기술을 개발했다. 비바람에 강하고 잘 찢어지지도 않는다. PVC 타포린은 천막, 현수막, 트럭 덮개, 물류 커버 등 실생활에 널리 쓰이는 방수 플라스틱 소재다. 그 내구성의 비결은 바로 구조에 있다. PVC 필름 내부에 PET 섬유가 강하게 결합한 형태로, 기존 재활용 공정으로는 두 물질을 분리하는 것이 거의 불가능했다. 이로 인해 폐기물의 대부분을 소각 또는 매립해왔고, 이는 환경 오염과 탄소 배출 증가로 이어졌다. *PVC(폴리염화비닐): 염소 성분을 함유해 불에 강하며, 첨가제에 따라 다양하게 활용할 수 있는 플라스틱 *PET(폴리에틸렌 테레프탈레이드): 투명하고 튼튼한 플라스틱. PET병을 생각하면 이해가 쉽다. 연구팀은 생물에서 유래한 물질인 ‘베타인’에서 해결법을 찾았다. 베타인을 촉매로 한 글리콜리시스 공정으로 폐타포린을 190℃에서 2시간 반응시킨 결과, PET만 분해되고 PVC는 화학적 손상 없이 고체 상태 그대로 회수됐다. 또 PET 성분의 77%가 분해되어 다시 PET를 제조할 수 있는 핵심 화학 원료인 BHET(비스-하이드록시에틸 테레프탈레이트)로 탈바꿈했다. *글리콜리시스(glycolysis): 고분자 플라스틱을 에틸렌글리콜 용매와 반응시켜 분자 사슬을 끊어내는 화학적 분해 방식 베타인을 활용한 글리콜리시스 공정 중, PVC에 포함된 탄산칼슘과 칼슘·아연 안정제가 PET 분해를 촉진하는 촉매 역할을 한다는 사실도 밝혀졌다. 불순물로 여겨졌던 첨가제가 오히려 공정 효율을 향상시킬 수 있다는 새로운 발견으로, 향후 복합 플라스틱 재활용 공정 설계에 중요한 시사점을 제공한다. 경제성 측면에서도 우수한 성과를 보였다. PET 분해에 사용된 에틸렌글리콜 용매를 별도의 정제 과정 없이 최대 3회까지 재사용할 수 있다. 공정을 반복해도 PET가 원료(BHET)로 변하는 효율이 떨어지지 않고 안정적으로 유지됐으며, 재생 PVC의 생산 비용은 약 1.46 달러/kg 수준으로 추정됐다. 이는 virgin PVC(새 플라스틱, 약 1.01달러/kg)보다 다소 높지만, 폐타포린 처리 비용을 절감할 수 있고 원료가 생산된다는 점에서 부가가치가 높다. 김경헌 교수는 “복합 구조 플라스틱은 재활용이 어렵다는 이유로 대부분 폐기되어 왔다”며 “이번 연구는 분리공정 없이도 복합 폐플라스틱을 동시에 자원화할 수 있음을 입증한 사례”라고 밝혔다. 또한 “산업용 타포린뿐 아니라 다양한 PET 함유 복합 고분자 폐기물에 적용 가능한 플랫폼 기술로 확장될 수 있을 것”이라고 말했다. 본 연구 성과는 촉매 분야의 세계적인 학술지인 ‘Chinese Journal of Catalysis(IF=17.7, 상위 0.7%)’온라인에 2월 3일 게재됐다. *논문명: Recycling of PVC tarpaulin reinforced with PET through glycolysis using betaine, a bio-based catalyst *DOI: 10.1016/S1872-2067(25)64867-4 *URL: https://doi.org/10.1016/S1872-2067(25)64867-4 이번 연구는 한국연구재단 바이오의료기술개발사업의 미국 NSF-한국 NRF 글로벌센터 사업, 해양수산부 한·미 공동 해조류 바이오매스 사업의 지원을 받아 수행됐다. [연구진 사진] △ (왼쪽부터) 고려대 대학원 융합생명공학과 김재균 박사과정(제1저자), 원예진 석사(공동 제1저자), LG화학 윤정훈 부장, 경북대 식품공학부 김동현 교수(공동 교신저자), 고려대 생명과학대학 식품공학과 및 대학원 융합생명공학과 김경헌 교수(교신저자) 기사작성: 커뮤니케이션팀 이은지(eeunjii@korea.ac.kr)
전태훈 교수(생명공학부) 헤모글로빈 전환 조절하는 핵심 단백질 규명 - 난치성 혈액 질환 극복할 새로운 유전자 치료 전략 제시 - □ 한국연구재단은 고려대 생명과학대학 생명공학부 전태훈 교수 연구팀이 적혈구 분화 과정에서 헤모글로빈 전환을 조절하는 핵심 단백질 LDB1의 역할을 규명했다고 23일 밝혔다. 이번 연구 성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구 사업의 지원으로 수행됐으며, 국제 학술지인 ‘Redox Biology (IF=11.9, 생화학·분자생물학 분야 상위 4.5%)’ 온라인에 2월 4일 게재됐다. △ (왼쪽부터) 전태훈 교수(책임저자), 박시원 박사(제1저자), 최창용 박사(제1저자), 박인병 박사(제1저자) □ 헤모글로빈 전환은 태아기에서 성체기로 이어지는 적혈구 분화 과정의 핵심 단계다. 이 전환이 제대로 이뤄지지 않으면 성체형 헤모글로빈 생성이 감소해 베타-지중해빈혈(β-thalassemia)과 같은 유전성 빈혈이 발생한다. 그러나 이 전환을 조절하는 상위 조절 인자와 분자 기전이 완전히 밝혀지지 않아 베타-지중해빈혈과 같은 유전성 빈혈 질환의 근본적 치료를 위한 분자적 표적을 제시하는 데 한계가 있었다. □ 이에 연구팀은 적혈구 전구세포에서 LDB1 단백질이 선택적으로 결핍된 생쥐 모델을 이용, LDB1이 태아형 헤모글로빈 억제 유전자의 발현을 직접 촉진하는 전사 활성화 인자로 작용한다는 사실을 밝혀냈다. □ 이번 연구는 적혈구 분화와 헤모글로빈 전환 메커니즘에 대한 이해를 한 단계 심화시킨 것으로, 향후 베타-지중해빈혈 및 사립체성 빈혈(sideroblastic anemia) 등 산화 스트레스 관련 혈액 질환의 치료 전략 개발에 중요한 단초를 제공할 것으로 기대된다. [언론 보도자료 링크] https://www.dongascience.com/news/76462 https://www.etnews.com/20260223000179 https://view.asiae.co.kr/article/2026022309100910061 https://www.news1.kr/local/daejeon-chungnam/6079746 https://www.dt.co.kr/article/12047865?ref=naver
