생명공학 발전: 식물 의약품, 단백질 발효, 친환경 제조

연구자들이 지속 가능한 생명공학 분야의 발전을 보고했다. 그 내용에는 유독 식물 두 종에서 의약 화합물을 재현하는 방법, 식물성 단백질에서 불쾌한 냄새를 제거하는 2단계 발효 공정, 그리고 바이오의약품 제조에 있어 하이브리드 시설이 탄소 발자국을 줄이는 '최적 지점'이라는 증거가 포함된다.

투구꽃과 제비고깔이라는 식물을 중심으로 한 첫 번째 발견은 미시간 주립대학교와 체코 과학 아카데미 과학자들의 협력으로 이루어졌으며, 학술지 Molecular Plant에 게재되었다. 이 식물들은 미세한 용량으로도 신경 독성과 마비를 일으키지만, 통증, 말라리아, 암, 해충에 대응하는 효과도 있는 것으로 알려져 있다. 연구진은 이 식물들이 독성이 있으면서도 유망한 화학 물질군인 디테르페노이드 알칼로이드를 생산하는 생합성 경로를 처음으로 규명했다. 그들은 담배 식물에 유전자 설계도를 삽입해 복잡한 최종 형태로 접히는 것을 돕고 질소원 추가를 촉진하는, 아티시늄이라는 디테르페노이드 알칼로이드를 성공적으로 생성하는 6개의 고유 효소를 발견했다. 관련 화합물인 아코니틴은 약 200년 전에 분리되었지만 여전히 실험실에서 합성하는 데 성공하지 못했다. 이 발견은 결국 이러한 천연 산물에서 영감을 얻은 새로운 의약품 개발에 도움이 될 수 있다.

학술지 Foods에 게재된 별도의 연구에서 연구진은 식물성 단백질에서 불쾌한 향을 제거하는 2단계 발효 공정을 개발했다. 이 방법은 주요 냄새의 95%~99%를 제거하여, 시험된 모든 단백질에서 단일 단계 발효보다 훨씬 뛰어난 성능을 보였다. 첫 번째 단계에서는 유익균인 Lactobacillus plantarum을 사용했고, 두 번째 단계에서는 바람직한 향을 발달시키고 조절하는 것으로 알려진 박테리아를 포함한 전통 요거트 배양균을 사용했다. 이 방법은 9% 대두, 완두콩, 병아리콩, 녹두, 잠두콩, 쌀, 보리-쌀, 대마 등 8가지 식물성 단백질에 적용되었다. 알룰로스를 첨가하면 Lactobacillus plantarum 활동이 강화되었고, 딸기 잼은 요거트 박테리아를 도왔으며, 펙틴, 잔탄검, 오일과 같은 비발효성 첨가제는 최소한의 효과만 있었다.

또한, 바이오의약품 제조 시설의 환경 영향을 비교한 연구에서는 스테인리스 스틸과 일회용 기술을 결합한 하이브리드 시설이 탄소 발자국이 가장 낮은 것으로 나타났다. 2,000L 규모의 일회용 공정은 배치당 최대 6.5톤의 CO2e를 플라스틱 및 포장 폐기물로 발생시키는 반면, 하이브리드 시설은 플라스틱 사용량을 절반 이하로 줄이고 재료 관련 탄소 발자국을 62% 줄여 배출량을 배치당 2.8톤의 CO2e로 낮췄다. 이 분석은 시장 기반 배출량 회계 데이터를 사용했으며, 일회용 시스템의 CO2 발자국이 이전에 가정했던 것보다 훨씬 높은 반면, 주요 스테인리스 스틸 공정 단계는 이제 일회용 공정보다 탄소 발자국이 낮을 수 있다고 지적했다. 연구진은 버퍼 및 배지 준비와 같은 단순하고 대용량 작업에는 스테인리스 스틸을 유지하고, 생물반응기와 같은 복잡하고 유연한 핵심 공정에는 일회용 방식을 유지할 것을 제안했다.