조병훈 부교수

탄소 포집 및 활용(CCU) 기술의 핵심 생촉매인 탄산무수화효소(Carbonic Anhydrase)는 낮은 안정성과 재조합 발현 효율의 한계로 산업적 적용이 제한되어 왔습니다. 이를 극복하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션 기반 이황화 결합 엔지니어링을 통해 변이체의 열 안정성을 8배 이상 향상시켰으며, 생체모방 실리카 나노입자 고정화 기술과 NEXT 융합 태그를 통한 효소 용해성 증진, 박테리아 헤모글로빈 공발현을 통한 생산성 향상 기술을 함께 개발했습니다. 개발된 기술은 CO2 포집·전환 공정, 해양탄소 포집용 나노소재 및 탄산광물화 모듈, 고농도 CO2 배출원을 대상으로 한 생물학적 탄소저감 시스템에 적용되고 있습니다. 관련 연구는 Nature Communications, ACS Catalysis, Scientific Reports 등에 게재되었으며, 2013년과 2014년 발표 논문이 각각 119회, 112회 피인용되었습니다. 탄산무수화효소 변이체 관련 특허를 다수 등록했으며, RCMS 및 통합EZ 국가 과제를 다수 수행해 누적 수억 원 규모의 연구비를 확보했습니다. 현재 해당 기술의 기술성숙도는 TRL 3-6 수준에 해당합니다.

플라스틱 폐기물 문제를 생물학적 재활용 기술로 해결하기 위한 연구로서, Ideonella sakaiensis 유래 PET 분해효소(PETase)는 낮은 열 안정성과 반복 사용에 따른 활성 저하라는 한계로 인해 산업적 적용이 제한되어 왔습니다. 이를 극복하기 위해 이황화 결합 엔지니어링 기법을 적용하여 PETase의 열 안정성과 분해 효율을 동시에 최적화했으며, 고온 환경에서도 안정적으로 작동하는 이중 효소 고정화 전세포 생촉매 시스템을 구축했습니다. 이와 함께 생체모방 실리카 나노입자를 활용한 고정화 기반 기술을 접목하여 효소의 반복 사용성과 내구성을 함께 향상시켰습니다. 개발된 기술은 PET 플라스틱을 고속으로 완전 분해하는 공정과 환경 정화용 친환경 생촉매 시스템 구축에 적용되고 있습니다. 열 안정성이 증가된 PETase 변이체에 대한 특허를 등록했으며, 통합EZ 1차부터 3차에 걸친 국가 과제를 통해 PET 분해 효소 고정화 기반 기술 개발 연구를 다수 수행했습니다. 현재 해당 기술의 기술성숙도는 TRL 5-6 수준에 해당합니다.

대장균 기반 재조합 단백질 생산 과정에서 발생하는 불용성 응집체(봉입체) 형성 문제는 산업용 효소 및 의약용 단백질의 대량 생산을 제약하는 주요 원인입니다. 이를 해결하기 위해 53개 아미노산으로 구성된 무정형 펩타이드 NEXT 융합 태그를 개발했으며, 이는 엔트로피적 강모 원리를 기반으로 단백질의 용해성을 증진시키는 방식입니다. 개량형 NEXT 태그, 다중 NEXT 태그, 감자바이러스Y 및 인플루엔자A 유래 융합 태그 등 다양한 용해성 증진 플랫폼도 함께 구축했습니다. 개발된 기술은 산업용 효소 대량 생산, 의약용 재조합 단백질 발현, 통합EZ 컨소시엄 기반 차세대 재조합 단백질 발현 플랫폼에 적용되고 있습니다. 등을 통해 기술이전 수요 모집이 진행 중입니다. NEXT 융합 태그 관련 특허를 다중 NEXT 태그, 개량 NEXT 태그 등 다수 등록했으며, 통합EZ 1~2차 과제를 각 약 2.4억원 규모로 수행했고, Applied and Environmental Microbiology 등에 연구 성과를 게재했습니다. 현재 해당 기술의 기술성숙도는 TRL 6-7 수준에 해당합니다.