해양 미세조류를 대량 배양하고 유용물질을 생산하는 조건을 한 번에 탐색할 수 있는 고처리량 광생물반응기 ‘포토바이오박스’를 국내 연구진이 세계 최초로 개발했다.

포토바이오박스는 빛, 온도, 이산화탄소를 조절하여 96가지 환경을 구현해 광합성 생물의 배양 및 물질 생산 조건을 한 번에 탐색할 수 있는 장치다.

이는 해양수산부의 ‘해양미세조류 색소기반 고부가소재 및 활용 기술 개발’ 사업을 통해 한국생명공학연구원 김희식 박사팀이 얻어낸 성과이다.

스피루리나, 클로렐라 등으로 잘 알려진 해양 미세조류는 단백질, 지방질 등 인간에게 유용한 물질을 생산해내고, 면역력 강화 등 유용성분을 다량 포함하고 있어 건강기능식품, 의약품 등으로 활발히 연구·개발되고 있다.

미세조류를 식품·의약품 등 제품으로 개발하기 위해서는 먼저 제품원료인 미세조류를 대량 생산하는 조건과 항산화, 항염증 등 유용물질을 생산하는 최적조건에 대한 연구가 반드시 선행되어야 한다.

지구상에는 약 20만~1,000만종의 미세조류가 존재하는 것으로 알려져 있다. 각각의 미세조류는 빛, 온도 등에 따라 최적의 배양환경과 유용물질 생산조건이 모두 다르다.

지금까지는 플라스크나 광배양기를 이용하여 빛, 온도, 배지 등 조건을 바꿔가며 최적 환경을 찾는 실험을 진행해왔다. 이와 같은 방식은 반복적인 실험에 따른 방대한 시간과 인력 소모로 인해 미세조류 활용 연구에 큰 걸림돌이 되어왔다.

그러나 이번에 개발한 ‘포토바이오박스’로 실험시간과 비용을 획기적으로 단축할 수 있게 되었다. 이 기기는 전자식 터치패널을 사용하여 4~50℃의 온도, 0~60,000LUX의 빛 그리고 이산화탄소의 양을 필요에 따라 조절할 수 있으며, 낮과 밤의 주기도 설정할 수 있다.

김희식 박사 연구팀은 포토바이오박스를 이용하여 미세조류 12종의 성장 및 오일 생산의 최적조건을 파악하기 위한 실험을 수행했다.

그 결과, 포토바이오박스를 이용했을 때 기존 실험실에서 플라스크를 이용한 실험방법 대비 배지효율은 250배 향상되고, 배양기간은 120분의 1로 단축되는 것으로 나타났다. 장비 비용도 95%나 절감된다. 실험 결과는 바이오화학공학의 권위 학술지인 바이오케미컬 엔지니어링 저널에 게재됐다.

포토바이오박스는 2015년 12월 국내 특허출원을 마치고 현재 해외 특허를 추진 중이며, 기술이전을 통해 상용제품으로 출시될 예정이다.

이상진 해양수산부 해양수산생명자원과장은 “해양 미세조류는 건강기능성 식품, 화장품, 바이오에너지, 의약품원료물질 생산 등에 다양하게 이용될 수 있어 학계와 산업계의 관심이 높은데, 이번 성과로 인해 해양 미세조류를 이용한 고부가물질 개발이 더욱 활기를 띌 것으로 기대한다.”고 밝혔다.