폴리에스터 아마이드는 일반적으로 많이 사용되는 플라스틱인 PET(폴리에스터)와 나일론(폴리아마이드)의 장점을 모두 갖춘 차세대 소재다. 하지만 지금까지는 화석 연료에서만 생산할 수 있어 환경오염 문제를 피할 수 없었다. KAIST 연구진이 플라스틱을 대체할 미생물을 이용한 신규 바이오 기반 플라스틱을 개발하는데 성공했다.

폴리에스터 아마이드는 널리 사용되는 플라스틱인 폴리에스터 (예를 들어 PET)와 폴리아마이드 (예를 들어 나일론)의 장점을 모두 지닌 유망한 고분자이다. 하지만 현재까지는 전적으로 화석 연료 기반의 화학적 합성에 의존하고 있으며, 이로 인해 환경오염과 기후변화의 원인이 되는 문제가 지속되어 왔다.

이를 해결하기 위해 이상엽 특훈교수 연구팀은 자연계에 존재하지 않던 신규 대사회로를 구축하여, 폴리(3-하이드록시뷰티레이트-ran-3-아미노프로피오네이트), 폴리(3-하이드록시뷰티레이트-ran-4-아미노뷰티레이트) 등을 포함한 9종의 다른 폴리에스터 아마이드를 생산하는 플랫폼 미생물 균주를 개발하였다.

또한, 시스템 대사공학을 통하여 폐목재, 잡초 등 지구상에서 가장 풍부한 바이오매스의 주원료인 포도당을 단일 탄소원으로 사용하여 대표적인 폴리에스터 아마이드인 폴리(3-하이드록시뷰티레이트-ran-3-아미노프로피오네이트)를 생산하였으며, 해당 균주의 유가 배양식 발효를 통하여 54.57 g/L의 높은 효율의 생산에 성공하였다.

KAIST 연구진은 한국화학연구원 정해민, 신지훈 연구원과 함께 바이오 기반 플라스틱의 물성을 분석한 결과, 기존의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 유사한 성질을 갖고 있는 것으로 나타났다. 즉, 친환경적이면서도 기존 플라스틱을 대체할 수 있을 만큼 강도와 내구성이 뛰어나다는 것을 확인했다.

이번 연구에서 개발된 균주 및 전략들은 여러 가지 폴리에스터 아마이드 뿐만 아니라 다른 그룹의 여러가지 고분자들을 생산하는 대사회로들을 구축하는데 유용하게 쓰일 것으로 예상된다.

이상엽 특훈교수는 “이번 연구는 석유화학 산업 기반에 의존하지 않고도 폴리에스터 아마이드(플라스틱)을 재생가능한 바이오기반 화학산업을 통해 만들수 있는 가능성을 세계 최초로 제시한 것으로 앞으로 생산량과 생산성을 더욱 높이는 연구를 이어갈 계획”이라 말했다.

해당 연구 결과는 국제 학술지인 `네이쳐 케미컬 바이올로지(Nature Chemical Biology)'에 2025년 5월 17일 자 게재됐다.