본 연구실은 세포 표면 디스플레이 기술을 활용하여 다양한 금속 이온(리튬, 코발트, 망간 등)을 선택적으로 흡착하고 회수하는 혁신적인 시스템을 개발하고 있습니다. 대장균과 같은 미생물의 표면에 금속 결합 펩타이드나 단백질을 발현시켜, 산업 폐수나 해수 등 다양한 환경에서 금속 이온을 효율적으로 제거 및 회수할 수 있도록 설계하였습니다. 이러한 기술은 기존의 화학적, 물리적 처리 방법에 비해 친환경적이며, 금속 자원의 재활용 및 환경 오염 저감에 크게 기여할 수 있습니다. 특히, 흡착된 금속 이온을 활용하여 나노입자를 합성하는 연구도 활발히 진행 중입니다. 예를 들어, 코발트 결합 펩타이드를 표면에 발현한 대장균을 이용해 코발트 나노입자를 합성하고, 이 나노입자의 항암 효과 및 환경오염 물질(염료 등) 분해 촉매로서의 응용 가능성을 검증하였습니다. 리튬 결합 펩타이드의 표면 발현을 통한 리튬 나노입자 합성 역시 특허로 등록되어 있으며, 이 기술은 2차전지 산업 등에서 리튬 자원의 회수 및 재활용에 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. 이러한 세포 표면 디스플레이 기반 금속 회수 및 나노입자 합성 기술은 산업 현장에서의 금속 자원 회수, 환경 정화, 고부가가치 나노소재 생산 등 다양한 분야에 적용될 수 있습니다. 앞으로도 본 연구실은 금속 결합 펩타이드의 설계 및 최적화, 미생물 시스템의 대량생산 공정 개발, 실제 산업 폐수 및 환경 시료 적용 등 실용화 연구를 지속적으로 확대해 나갈 계획입니다.

본 연구실은 합성 단백질 스캐폴드 전략과 대사공학을 결합하여, 대장균 등 미생물을 이용한 고부가가치 바이오화학물질(감마-아미노부티르산(GABA), 이타콘산, 말릭산, L-세린 등)의 효율적 생산 시스템을 개발하고 있습니다. 합성 단백질 스캐폴드는 여러 효소를 물리적으로 근접하게 배치하여 대사 경로 내 중간체의 전달 효율을 극대화함으로써, 기존 미생물 생산 시스템 대비 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, GABA 생산을 위해 TCA 회로의 중간산물인 숙신산에서부터 GABA까지의 효소들을 스캐폴드로 집적화하여 포도당으로부터 직접 GABA를 생산하는 대장균 균주를 개발하였고, 이타콘산 및 말릭산 생산에서도 유사한 전략을 적용하여 높은 수율을 달성하였습니다. 또한, L-세린, 폴리하이드록시부티레이트(PHB) 등 다양한 바이오플라스틱 및 산업용 화학물질의 생산에도 대사공학적 접근과 스캐폴드 기술을 접목하여 생산 효율을 극대화하고 있습니다. 이러한 연구는 친환경 바이오리파이너리 구축, 석유화학 기반 산업의 대체, 그리고 지속가능한 자원 순환에 중요한 기여를 하고 있습니다. 앞으로도 본 연구실은 합성생물학, 시스템생물학, 대사공학의 융합을 통해 새로운 대사경로 설계, 고효율 생산 균주 개발, 산업적 적용을 위한 공정 최적화 등 다양한 연구를 지속적으로 추진할 예정입니다.

본 연구실은 환경 중에 존재하는 다양한 오염물질(중금속, 비스페놀A, 농약 등)을 효과적으로 감지하고 제거할 수 있는 바이오센서 및 생물흡착 시스템을 개발하고 있습니다. 이 연구는 세포 표면 디스플레이 기술과 합성 신호전달 회로(이중성분계, TCS)를 결합하여, 특정 오염물질에 선택적으로 반응하는 미생물 기반 센서 및 제거 시스템을 구현하는 데 중점을 두고 있습니다. 대표적으로, 대장균 표면에 중금속 결합 펩타이드 또는 비스페놀A 결합 펩타이드를 발현시켜 오염물질을 선택적으로 흡착 및 제거하는 시스템을 개발하였으며, 동시에 TCS 기반 신호전달 회로를 도입하여 오염물질 존재 시 형광 단백질(GFP) 등 리포터를 발현하도록 설계함으로써, 실시간 감지와 제거가 동시에 가능한 이중기능 시스템을 구현하였습니다. 이러한 시스템은 실제 폐수, 해수, 산업 현장 등 다양한 환경에서 높은 선택성과 효율을 보이며, 기존 물리·화학적 처리법 대비 친환경적이고 경제적인 대안으로 주목받고 있습니다. 또한, 본 연구실은 다양한 오염물질에 대응할 수 있도록 펩타이드 라이브러리 스크리닝, 신호전달 회로의 모듈화 및 최적화, 실제 환경 시료 적용 및 현장 실증 연구 등도 활발히 수행하고 있습니다. 앞으로도 환경오염 저감 및 자원 순환을 위한 혁신적 바이오솔루션 개발에 지속적으로 기여할 계획입니다.