저는 평생을 ‘대사공학’을 연구하고 있는데요. 바이오테크놀로지[2]와 엔지니어링[3]이 겹쳐있는 학문입니다. 대상은 모든 생명체가 다 대상이 될 수 있는데, 저는 윤리적으로 문제가 없고 안전성이 확보된 즉 우리가 탱크 같은 데 넣고 키우고 필요하면 완전히 다 죽여버릴 수 있는 그러한 시스템에서 공학으로 게놈을 다 뜯어고치는 연구를 할 수 있는 ‘박테리아’로 한정해서 연구해 왔습니다.

보통 박테리아는 우리 피부에도 있고 장에도 있고 온 곳에 다 있잖아요. 그런데 거기 있는 이유가 자기들 밥 먹고 자라서 번식하는 게 목적인데요. 그런데 보니까 박테리아가 소위 무슨 항생제나 항암제도 만든다는 것을 발견한 거죠. 그런데 워낙 미량을 만드니까 이제 과학으로 어떻게 하면 대량 생산해서 지금의 80억 인구에게 혜택을 줄 수 있을까 이런 연구를 하는 것이 ‘대사 공학’ 학문이라고 보시면 됩니다.

제가 해온 연구는 크게 세 가지로 나뉩니다. 첫 번째는 우리가 지금 너무 화석연료를 의존해서 에너지 하고 화학물질을 얻어요. 그런데 기후 위기에, ‘자원고갈 문제’, 그러니까 원유가 수억 년에 걸쳐서 만들어지는 건데 그것을 지난 50~60년간 엄청난 속도로 저희가 끌어다 썼잖아요. 그러니까 균형이 깨진 거죠. 그래서 ‘석유화학을 바이오로 재생 가능한 원료로부터 생산해야겠다’는 목표를 세우게 됐습니다. 

대표적인 게 가솔린을 세계 최초로 바이오로 만들고, 그다음에 디젤 같은 경우 지금도 바이오 디젤과 섞어 쓰는 게 의무인 것 아세요?[4] 그런데 그 바이오 디젤이 팜유 같은 지속가능한 식물성 오일이 기반입니다. 그런데 이 팜오일이 동남아시아에서는 굉장히 중요한 식량이에요. 그래서 인구가 늘고 계속 소비가 되다 보면 식량으로 쓸 거냐 연료로 쓸 것이냐의 딜레마가 발생할 수 있습니다. 그래서 생각한 게 ‘디젤도 못 먹는 바이오매스[5]를 원료로 만들어야 된다’ 그래서 폐목재와 같은 비식용 바이오매스로부터 얻어지는 포도당으로부터 디젤을 굉장히 효율적으로 만드는 것을 몇 년 전에 개발을 했어요. 지금도 그것은 업그레이드를 하고 있고, 가솔린은 저희가 학문적으로는 보여줬지만 이제 더 이상은 안 해요. 두 가지 이유가 있는데 하나는 효율이 생각보다 안 올라가요. 예를 들면 가솔린을 우리가 주유소에서 넣는데 리터 당 2500만 원이다 하면 누가 넣을 수 있겠어요? 차 값인데😅 그리고 또 한 가지는 어차피 전기차 쪽으로 이미 바뀌고 있으니까 그쪽은 하지 않고 있고요. 디젤은 화물운송 등 헤비듀티[6]를 필요로 하는 곳에서는 어차피 써야 하니까 그래서 계속 연구하고 있습니다.

플라스틱의 특징은 가볍고, 물성이 뛰어나고, 값이 싸고, 썩지 않고, 가공이 우리가 원하는 대로 된다는 다섯 가지가 있는데요. 그런데 플라스틱이 환경오염의 주범이 되는 이유는 화석연료로부터 만들면서 온실가스를 배출하고 또 싸서 많이 쓰고 하찮게 버리는데 안 썩어서 문제지요. 그래서 플라스틱을 바이오 기반 플라스틱으로 대체하기 위한 연구를 지난 15년간 해왔습니다. 

다양한 석유원료들을 석유화학으로부터 얻는 게 아니라 포도당 같은 바이오로부터 얻는 거죠. 그런 연구에 무지하게 저희가 점을 찍었고요. 저희가 그렇게 워낙 많이 만들어 내다보니 세계에서 가장 오래되고 저명하다고 평가되는 영국의 과학 학술지 ‘네이처’에서 몇 년 전 ‘원래 생물체에서 일어나는 대사와 저희가 대사 반응을 통해 만들 수 있는 화학물질들을 좀 정리해 보자’ 해서 소위 ‘바이오 기반 화학물질의 구글 맵’이라는 것도 만들었습니다. 

지금까지는 기후위기를 대응하기 위한 소위 ‘탄소중립’으로 가기 위한 바이오 기반 화학을 말씀드렸고요. 또 하나 중요한 문제는 사람의 ‘건강’입니다. 

예를 들면 피부 노화를 보호하기 위해 항산화가 중요한데, 100만 원짜리 크림을 바르는 것보다 토마토를 먹는 게 더 좋거든요. 그런데 효과가 있으려면 토마토를 몇 트럭을 먹어야 하나 하다가 박테리아로 토마토에 빨간색을 내는 ‘라이코펜’을 엄청나게 만들었습니다. 보통 토마토는 기르는데 50일이 걸리는데 저희는 48시간 안에 발효기에서 만들었는데, 토마토 5톤 트럭 싣고 온 양을 만들었어요. 그래서 정제해서 알약 같은 것으로 먹을 수 있게 해 한 번에 큰 효과를 낼 수 있게 하자 이런 연구도 하고요. 항산화 작용의 두 쌍두마차가 ‘라이코펜’과 크릴새우의 주황색인 ‘아스타잔틴’인데요. 그것도 만들기 어려웠는데 몇 년 전에 발효로 효율적으로 생산했습니다. 결국 그러니까 항상 모든 것이 시작은 ‘문제’에서 출발한다는 것을 말씀드린 것입니다.

그리고 한 스텝 더 나가서 큰 문제만 본 게 아니라 생활밀착형 작은 이슈에도 관심을 갖기 시작했습니다. 미국 출장 갔을 때 우연히 약을 사러 갔다가 아이들 감기약을 보게 됐는데, 보통 잘 먹게 하려고 넣는 향이 포도향인데 보니까 석유에서 만든 화학물질이더라고요. 우리가 그동안 모르고 애들한테 석유를 먹이고 있었던 거예요. 그래서 이것은 아니다 싶어 그것도 발효로 만들었습니다. 말은 이렇게 쉽게 하지만 쉽게 만들어진 것은 아니고 이것도 5년 연구해서 만들었습니다.

그게 핵심 문제인데요. 30년을 넘게 이렇게 연구를 하니까 학문적으로는 우리나라 ‘대사공학’이 탑에 있을 만큼 기여를 했습니다. 훌륭한 제자들도 많이 키워서 각계각층에서 활약을 하고 있고요. 앞으로 남은 기간 뭘 하면 좋을까 생각해 보면, 한 두 개 정도는 내가 만든 것으로 공장 돌아가는 것을 봤으면 좋겠다 하는 생각을 갖고 그렇지 않아도 그쪽으로 집중하고 있습니다.

예전에는 새로운 발견과 제일 앞에 막 끌고 나가는 연구가 100이었다면 지금은 70 정도 하고요. 이미 우리 학생들이 세계 최초이면서 세계 최고를 추구하니까 그것은 해야 하는데 그래도 30 정도는 공장을 지어야 되겠다는 연구를 그렇지 않아도 합니다. 회사 프로젝트로 하기도 하고, 산학협력을 하기도 하고, 국책과제를 받기도 하는데요. 원유는 그렇게 좋은 구조를 가진 것이 저렇게 싼 가격에 얻을 수 있는 게 장점이거든요. 바이오는 뭐 잡초 이런 거 공짜 같지만 수거도 해야 하고, 분해해서 포도당도 만들고 하려면 돈이 꽤 들어가야 합니다. 이게 상용화가 빨리빨리 안 되는 이유가 가격 경쟁력이 없어서인데요. 미생물 공장의 성능을 최대한으로 끌어올려서 어떻게든지 원유 근처까지만 와주면 소비자들도 워낙 스마트하고 지구환경에 도움이 된다면 당연히 써줄 것이라고 생각합니다.

저희가 하는 것 중에 폴리에스터 그다음에 페트(PET)[8]의 유사물질 이런 것은 저희가 명실상부 세계 최고입니다. 제가 그때 SDF에서 말했던 바이오 기반 플라스틱도 CJ제일제당에서 만들어서 상용화했었고요. 제 것이랑 똑같은 것은 아닌데 상용화해서 인도네시아에서 연 5천 톤 생산하고 확장하려고 하고 있습니다. 특히 요즘은 유럽을 중심으로 ‘플라스틱 규제’도 들어오고 탄소중립 이슈 때문에 탄소세, 국경세 이런 것들이 다 지금 액션으로 나오고 있잖아요. 그래서 이제는 바이오로 전환을 안 할 수 없는 입장입니다. 그래서 실제 제 방에서 석∙박사 학위 받은 학생들이 상종가를 치고 있습니다.

너무 재밌죠. 잘됐으니까 재밌는데, 그동안 저라고 다 잘되기만 했겠어요? 안되면 괴롭죠. 학생은 더 괴롭고 그 학생 보면 더 괴롭고… 그런데 더 파서 해냈을 때는 10배의 희열이 오곤 합니다. 그리고 우리가 못할 정도면 전 세계 누가 해도 못한다는 자부심도 있고, 실제 되면 우리가 또 ‘세계 최초’가 되는 거죠. 그런데 정말 안될 때는 방향을 틀기도 해요. 우리가 워낙 어려운 주제를 잡기 때문에 다른 것으로 눈을 돌리기도 하죠.

실제 우리나라가 이제는 직접 개척해 가는 분야들의 연구가 계속 늘어나고 있어요. 정부에서도 최근 ‘한계 도전형 R&D’라고 해서 실패를 기정사실화 하면서 한계를 도전하는 ‘하이 리스크, 하이 리턴’[10]으로 가는 과제들을 지원하겠다고 발표했는데요. 실패하더라도 그 과정에서 얻은 내용들 모이면 국가 경쟁력이 될 수 있다고 보는 거죠.