중국, 석탄을 단백질로 '전환'

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세계 인구가 증가함에 따라 식량 수요도 꾸준히 증가하였고, 이는 동물 사료에 사용되는 단백질에 대한 수요도 증가하게 되었습니다. 특히 중국은 심각한 단백질 공급원 부족에 직면해 있다.

중국은 수년간 돼지 생산과 양식업에서 세계를 선도해 왔음에도 불구하고 동물사료용 대두에 크게 의존하고 있습니다. 연간 약 1억 톤을 수입하며 의존율이 80%를 넘습니다.

그러므로 고품질 단백질을 생산하는 빠르고 효율적인 방법을 개발하는 것이 매우 중요합니다. 그리고 가장 유망한 해결책은 합성생물학에 있습니다.

생물학적 단백질 합성에는 여러 가지 경로가 있습니다. 가장 간단한 방법은 옥수수 증류주, 증류곡물, 벼짚 등 식품 및 농업 산업에서 발생하는 부산물을 미생물 변형을 통해 고부가가치 단백질 제품으로 전환하는 것입니다.

그러나 이러한 부산물의 공급과 품질이 불안정하여 산업적 생산이 어렵습니다.

중국 과학자들은 석탄을 가축 사료로 쓸 수 있는 단백질로 전환하는 저렴한 방법을 발견했습니다. (사진: Shutterstock)

에너지를 생산하는 화학물질을 사용하는 산업적 발효와 관련된 또 다른 주목할 만한 접근법은 석탄에서 저렴하게 얻을 수 있는 메탄올을 사용하는 것입니다.

이것이 바로 중국과학원(CAS) 산하 톈진 산업생물기술연구소의 우신 교수가 이끄는 과학자들이 연구하고 있는 내용입니다.

"전 세계적으로 약 107조 톤의 매장량을 가진 석탄은 석탄 가스화를 통해 메탄올로 전환될 수 있습니다. 우 교수는 중국 과학 게시판에 게재된 기사에서 "메탄올은 물과 잘 섞이고 가스보다 발효 효율이 높으며 특수 발효 장비가 필요하지 않습니다."라고 적었습니다.

그의 팀은 이제 전통적인 단백질 생합성보다 저렴하게 단백질을 생산하는 기술을 개발했습니다. 이러한 연구 결과는 2023년 11월 17일, 심사평가를 거친 국제 저널인 Biotechnology for Biofuels and Bioproducts에 게재되었습니다.

“메탄올에서 세포 단백질을 합성하는 연구는 1980년대에 시작되었으며, 주로 균주 선택과 생산 공정 최적화에 초점을 맞추었습니다. 그러나 높은 비용으로 인해 메탄올 합성 단백질 제품은 대두 단백질과 경쟁할 수 없으며 대량 생산되지 않았습니다."라고 우 교수는 기사에서 소개했습니다.

이 문제를 해결하기 위해 그의 팀은 중국 전역의 포도원, 숲, 습지에서 20,000개가 넘는 효모 샘플을 수집했습니다. 연구진은 이러한 샘플을 통해 다양한 당과 알코올을 탄소원으로 효율적으로 활용할 수 있는 균주를 식별해냈는데, 여기에는 효모 균주인 피치아 파스토리스도 포함되었습니다.

그런 다음, 야생형 피치아 파스토리스 균주에서 특정 유전자를 제거하여 메탄올 내성이 있고 대사 효율이 크게 향상된 효모를 만들어냈습니다. 이 기술은 메탄올을 단백질로 전환하는 목표를 크게 촉진했습니다.

"연구진은 변형된 Pichia pastoris를 이용해 건조 세포 중량 120g/L, 조단백질 함량 67.2%를 달성했습니다. CAS 웹사이트 보고서에 따르면, "메탄올을 단백질로 전환하는 효율은 이론값의 92%에 도달했습니다."

높은 전환율로 인해 이 단백질 생산 방법은 경제적으로 매우 매력적입니다.

우 교수는 논문에서 "경작지가 필요 없고, 계절과 기후에 영향을 받지 않으며, 전통적인 발효 방법보다 수천 배 더 효율적입니다." 라고 밝혔습니다. 또한 미생물의 단백질 함량은 40~85%로 천연 식물보다 훨씬 높습니다.”

이러한 단백질은 아미노산, 비타민, 무기염, 지방 및 탄수화물이 풍부하여 다양한 용도로 어분, 콩, 육류 및 탈지분유를 일부 대체할 수 있습니다.

연구팀은 가축을 위해 수천 톤의 메탄올 단백질을 생산하는 산업적 규모의 연구 배치를 시작했습니다. 구체적인 파트너는 공개되지 않았습니다.

미생물 단백질은 영양가가 높고 대두 단백질에서 발견되는 알레르기 유발 물질이 없기 때문에 우수한 단백질 공급원입니다. 하지만 현재 시중에는 몇 가지 제품만 나와 있습니다.

미국의 KnipBio라는 회사는 유전자 변형 균주를 사용하여 메탄올에서 어분과 비교할 수 있는 고품질 사료 단백질인 KnipBio Meal을 생산했습니다. 이 제품은 미국 식품의약국(FDA)으로부터 안전 승인을 받았습니다.

화위 (출처: SCMP)

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