김석민 가톨릭대 생명공학과 교수 연구팀이 김용환 UNIST 교수, 이형호 서울대 교수와 함께 공기 중에서도 안정적으로 작동하는 금속 기반 생촉매를 세계 최초로 개발했다.

기존의 일산화탄소 탈수소효소(CODH)는 산소에 극히 민감해 산업적으로 활용이 어려웠으나, 연구팀은 효소의 기질 통로를 이중 차단하는 구조를 설계함으로써 산소 침투를 억제하고 안정성을 확보했다.

연구 결과 개발된 CODH 변이체는 공기 중 산소 농도인 20% 환경에 24시간 이상 노출돼도 효소의 구조와 금속클러스터가 유지되는 것으로 X선 결정구조 분석을 통해 확인됐다. 또한 전기화학 기반 일산화탄소 산화 반응에서도 기존 생촉매보다 852배 향상된 산소 안정성을 나타내며, 이전에 ‘Nature Catalysis’에 보고된 변이체보다도 뛰어난 성능을 보였다.

이번 연구는 과기정통부·한국연구재단의 선도연구센터(ERC) 및 SMILE 사업단의 지원으로 수행됐으며, 세계적 권위지인 ‘Angewandte Chemie International Edition (IF=16.1)’에 백커버 논문으로 6월 4일 게재됐다. 해당 논문은 저널 상위 10% 이내의 성과에 부여되는 ‘Hot Paper’로도 선정됐다.

김석민 교수는 “이 기술은 산소에 취약한 메탈효소들의 안정화에도 적용할 수 있어 생물학적 수소 생산, 이산화탄소 환원 등 탄소중립 실현을 위한 혁신 기술로 이어질 수 있다”며 "앞으로 hydrogenase 및 metalloenzyme 개발에도 본 기술을 활용할 계획"이라고 밝혔다.