김희택 연구실의 핵심 연구 주제 중 하나는 대사공학과 미생물 세포공장을 활용하여 바이오플라스틱 단량체와 다양한 C5-C7 계열 플랫폼 화합물을 지속가능하게 생산하는 것이다. 연구실은 Corynebacterium glutamicum, Pseudomonas putida 등 산업적으로 활용 가치가 높은 미생물을 대상으로 유전자 경로를 재설계하고, 탄소 흐름을 원하는 생성물 중심으로 재배치하는 전략을 수행한다. 이를 통해 글루타르산, 5-하이드록시발레르산, 카다베린, GABA, PDC와 같은 화합물을 고효율로 생산하고, 바이오 기반 고분자 및 플라스틱 전구체로 연결하는 연구를 추진하고 있다. 이 연구는 단순한 발효 생산에 머물지 않고, 실제 소재 산업과 연결될 수 있도록 전주기 공정 관점에서 접근하는 점이 특징이다. 논문과 특허에서 확인되듯이 연구실은 리그닌 유래 방향족 화합물을 생물학적 퍼널링으로 통합 처리하여 PDC를 생산하고, 이를 다시 바이오 기반 폴리에스터 합성에 적용하는 등 업사이클링 개념을 적극적으로 구현하고 있다. 또한 발효-derived 글루타르산을 이용한 C5 가소제 합성처럼 미생물 생산과 화학적 후속 전환을 결합한 bio-chemical route 개발을 통해, 실험실 수준을 넘어 산업화 가능성이 높은 공정을 제안하고 있다. 이러한 연구는 화석자원 기반 플라스틱 산업을 바이오 기반 순환소재 산업으로 전환하는 데 중요한 의미를 가진다. 특히 단량체의 사슬 길이와 관능기를 정밀하게 조절할 수 있는 programmable 미생물 플랫폼 개발은 향후 맞춤형 바이오폴리아마이드, 바이오폴리에스터, 기능성 첨가제 생산으로 확장될 가능성이 크다. 결과적으로 본 연구 주제는 미생물 대사공학, 생물전환, 친환경 소재화를 통합하여 지속가능한 탄소 순환 경제를 실현하는 기반 기술로 평가할 수 있다.

연구실의 또 다른 대표 분야는 폐플라스틱과 바이오매스를 고부가가치 자원으로 전환하는 순환형 생물공정 개발이다. 관련 논문에서는 Cupriavidus necator를 활용한 바이오플라스틱 생산 가능성, 리그닌 분해 및 고도 활용, PET 업사이클링 기술 등이 다루어지며, 프로젝트에서도 폐플라스틱과 바이오매스를 동시에 고려한 ‘비욘드 플라스틱’ 전략이 뚜렷하게 나타난다. 이는 단순한 폐기물 저감이 아니라, 폐자원을 다시 화학 원료와 소재로 전환하는 자원순환형 바이오리파이너리 체계를 구축하려는 연구 방향으로 볼 수 있다. 구체적으로 연구실은 리그닌과 같은 난분해성 바이오매스 성분을 미생물 및 효소 시스템으로 분해하고, 생성된 방향족 중간체를 새로운 폴리머 전구체로 전환하는 연구를 수행한다. 동시에 PET와 같은 폐플라스틱의 가수분해 및 효소적 해중합, 올리고머 전환, 화학-생물 연계 업사이클링 공정에도 집중하고 있다. 특허로 등록된 PET 분해 효소 관련 기술과 학회 발표의 PET hydrolase, BHET-to-MHET 전환 연구는 이러한 역량을 잘 보여준다. 즉, 연구실은 바이오매스와 플라스틱 폐기물을 각각 따로 다루는 것이 아니라, 둘을 하나의 탄소자원 포트폴리오로 보고 통합적 재자원화 플랫폼을 구축하고 있다. 이 연구의 학문적·산업적 파급력은 매우 크다. 바이오매스와 폐플라스틱은 탄소중립 시대의 핵심 순환자원이지만, 조성 복잡성, 낮은 전환 효율, 공정 비용 등의 한계가 존재한다. 김희택 연구실은 효소 탐색, 미생물 개량, 공정 최적화, 후속 소재화까지 이어지는 통합 접근을 통해 이러한 문제를 해결하려 한다. 향후 이 연구는 농업부산물 기반 생분해성 멀칭필름, 폐플라스틱 기반 신규 단량체, 순환형 바이오소재 생산으로 이어져 환경문제와 소재산업 혁신을 동시에 견인할 수 있는 전략 연구로 발전할 가능성이 높다.

김희택 연구실은 효소공학과 합성생물학을 결합하여 난분해성 기질의 분해, 고선택적 생물전환, 그리고 안전한 정밀발효 시스템 구축을 연구하고 있다. 이는 단순히 효소 하나의 활성을 높이는 수준을 넘어, 산업 공정에 적합한 효소의 안정성·내용매성·기질특이성·반응 선택성을 개선하고, 필요할 경우 미생물 내부 대사회로와 연동시키는 방향으로 발전하고 있다. Bacillus subtilis 유래 lipase의 유기용매 저항성 향상 연구나 PET 분해 효소 관련 연구는 이러한 효소공학 역량을 잘 보여준다. 연구실은 효소를 활용한 분해뿐 아니라, 분해 산물의 재전환까지 고려한 통합 시스템을 지향한다. 예를 들어 플라스틱 해중합 산물이나 바이오매스 유래 화합물을 다시 유용한 단량체나 기능성 분자로 바꾸기 위해, 효소 반응과 전세포 전환 시스템을 조합한다. 또한 우르소데옥시콜산 생산 특허처럼 효소 반응의 역반응 억제와 반응환경 설계를 통해 생산성을 높이는 전략도 수행하고 있다. 최근 진행 중인 생물봉쇄시스템 개발 과제는 정밀발효용 LMO 균주의 비의도적 환경 방출을 차단하기 위해 유전자 논리회로를 도입하는 연구로, 합성생물학의 안전성 이슈까지 포괄한다. 이 주제는 차세대 바이오제조의 핵심 기반기술이라는 점에서 중요하다. 산업 바이오공정이 확대될수록 효소의 성능 향상, 세포 기반 전환 효율, 공정 안전성은 모두 필수 조건이 된다. 연구실은 효소 설계, 전세포 촉매, 유전자 논리회로, 시스템생물학 데이터베이스를 연결함으로써 보다 정밀하고 예측 가능한 바이오공정을 구축하려 하고 있다. 따라서 이 연구는 친환경 생산공정의 효율 향상뿐 아니라, 합성생물학 기반 바이오산업의 신뢰성과 확장성을 높이는 데 기여하는 중요한 연구축이라 할 수 있다.