김경헌 연구실의 핵심 축 가운데 하나는 목질계 바이오매스와 해조류를 활용해 고부가가치 화합물, 발효 가능한 당, 기능성 소재를 생산하는 바이오리파이너리 연구이다. 연구실은 난분해성 바이오매스의 구조적 한계를 극복하기 위해 전처리, 효소 가수분해, 미생물 전환을 유기적으로 결합하는 공정을 설계하며, 바이오에너지와 바이오소재를 동시에 겨냥하는 통합형 접근을 발전시켜 왔다. 특히 홍조류를 지속가능한 자원으로 보고, 해조류 유래 다당류를 효율적으로 분해·전환하는 기술을 통해 차세대 바이오경제의 기반을 마련하고자 한다. 이 연구는 화학적 전처리, 생물학적 분해, 효소 시스템 최적화, 발효공정 설계가 긴밀하게 연결된다는 점이 특징이다. 연구실의 발표와 논문에서는 리그노셀룰로오스 전처리, 셀룰로오스 및 자일란의 효소 가수분해, 홍조류 다당류 분해효소의 발굴과 특성 규명, Saccharophagus degradans와 같은 분해 미생물의 대사 이해가 반복적으로 나타난다. 또한 국제 바이오경제 해조류 센터 사업과 연계하여 해조류 생물다양성, 양식기술, 바이오소재 생산, 플랫폼 화합물 생산까지 연구 범위를 확장하고 있으며, 이는 단순한 기초 효소 연구를 넘어 산업화 가능한 자원 순환형 공정으로 이어진다. 이 분야의 기대효과는 화석자원 의존도를 낮추고, 식품·소재·에너지 산업에서 지속가능한 탄소원 활용을 가능하게 하는 데 있다. 해조류는 경작지 경쟁이 적고 성장 속도가 빨라 차세대 바이오자원으로 주목받고 있으며, 연구실은 이러한 장점을 공정기술과 미생물·효소공학으로 연결해 실질적 활용도를 높이고 있다. 장기적으로는 해조류 및 농림부산물 기반의 친환경 소재, 발효원료, 기능성 성분 생산 플랫폼을 구축함으로써 글로벌 바이오경제 전환에 기여하는 연구로 발전할 가능성이 크다.

연구실의 또 다른 대표 주제는 대사체학을 기반으로 미생물의 대사 특성을 해석하고, 기능성 식품소재 및 질환 관련 바이오마커를 발굴하는 연구이다. 김경헌 연구실은 연구 키워드로 대사체학을 명시하고 있으며, 실제 학술발표에서도 미생물 대사체 프로파일링, 식물 유래 페놀성 화합물의 대사 분석, 해양 미생물의 메타볼롬 추출 및 샘플링 방법론 개발 등 대사체학 중심 연구를 폭넓게 수행해 왔다. 이러한 연구는 생물학적 현상을 정성적으로 설명하는 수준을 넘어, 대사 흐름과 기능적 결과를 정량적으로 연결하는 데 강점이 있다. 특히 대사체 분석은 균주의 배양 조건 변화, 기질 종류, 환경 스트레스, 분해능 차이에 따른 생리 반응을 정밀하게 비교하는 데 활용된다. 연구실은 LC/MS, GC/MS 등 분석 기술과 다변량 통계 해석을 접목해 미생물이나 천연물의 대사적 특징을 규명하고, 이를 효소 활성, 생리활성, 생산성 향상과 연결하는 연구를 수행해 왔다. 또한 류마티스 관절염 중증도 예측용 바이오마커 특허에서 확인되듯이, 대사체학은 질환 분류와 진단 보조 기술 개발에도 적용되고 있어 식품생물공학과 바이오의료의 접점을 형성한다. 이 연구의 의의는 복잡한 생명현상을 분자 수준의 데이터로 해석해 산업적 활용 가능성이 높은 표적을 찾는 데 있다. 기능성 소재 개발에서는 항산화, 항염증, 구강 건강 개선과 같은 생리활성 물질의 발굴과 기전 이해를 돕고, 바이오마커 연구에서는 질병의 조기 진단과 중증도 평가의 정확도를 높일 수 있다. 앞으로 멀티오믹스와 결합된 대사체학은 미생물 개량, 기능성 식품 개발, 정밀의료형 바이오소재 설계에 중요한 기반 기술로 작동할 것이며, 연구실은 이 영역에서 분석과 응용을 연결하는 역할을 수행하고 있다.

김경헌 연구실은 효소와 미생물을 활용해 폐자원이나 저가 원료를 고부가가치 물질로 바꾸는 자원순환형 바이오전환 연구도 활발히 수행하고 있다. 대표적으로 폐 PET를 분해한 뒤 생성된 단량체를 다시 유용 화합물로 전환하는 one-pot chemo-bioprocess 연구는 화학 촉매, 효소 가수분해, 미생물 대사를 통합한 순환경제형 플랫폼의 사례이다. 이는 식품생물공학의 범위를 전통적인 식품 원료 가공에 한정하지 않고, 지속가능한 소재 순환과 친환경 공정 기술로 확장한다는 점에서 연구실의 응용지향성을 잘 보여준다. 이러한 연구에서는 생체적합성 촉매 설계, 효소 반응 최적화, 미생물 균주 활용, 발효 생산성 향상, 공정 통합이 핵심 요소가 된다. 연구실의 특허와 과제에서도 D-자일로스의 효소적 전환, 재활용 테레프탈산 활용, 바이오 기반 BDO 생산, PBAT 및 PBS와 같은 생분해성 플라스틱 원료 생산 등이 나타난다. 즉, 단순히 원료를 분해하는 데 그치지 않고, 분해 산물을 다시 산업적으로 가치 있는 플랫폼 화합물과 소재 원료로 연결하는 업사이클링 전략을 추구하고 있다. 이 연구의 파급력은 환경문제 해결과 바이오산업 고도화를 동시에 달성할 수 있다는 데 있다. 플라스틱 폐기물, 바이오매스 부산물, 비식용 탄소원을 효율적으로 전환하면 탄소중립과 순환경제 실현에 실질적인 기여가 가능하다. 앞으로 효소공학, 대사공학, 공정공학이 더 정교하게 결합되면 폐자원 기반 바이오소재 생산의 경제성과 확장성이 크게 향상될 수 있으며, 연구실은 이러한 차세대 지속가능 제조 기술의 중요한 연구 거점으로 자리매김할 수 있다.