[코스인코리아닷컴 권태흥 기자] 지난달 5일 국립생물자원관의 우수특허기술설명회에서 눈길을 모은 연구가 ‘생물전환’ 특허기술을 발표한 지원재 박사였다.

생물전환이란 미생물이 가지고 있는 특정 효소의 생물학적 반응을 이용하여 기존 비생리활성을 갖는 소재의 구조적 변환을 통해 안전성 증대, 흡수율·기능성 증진, 신규 기능성 부여, 독성 감소 등 다양한 개선이 가능한 방법을 말한다. 이른바 천연물(기질)+미생물 → ‘새로운 효능으로 기능성 소재 개발’이라는 공식이다.

이에 대해 지원재 박사는 “생물전환은 기존 추출물 라이브러리의 한계를 극복할 수 있는 방법 중 하나로, 미생물을 이용한 간단한 반응을 통해서 유용한 화합물을 얻는 친환경적 방법”이라고 설명했다.

생물전환(bioconversion 또는 biotransformation) 공정에서 물질이 가진 기질(substrate)은 미생물이나 효소의 활성 부위와 결합하여 특정 화학적 변화를 겪게 된다. 효소가 특정 기질에만 선택적으로 작용하는 기질 특이성(substrate specificity)에 따라 생물전환 기술의 효율성과 선택성을 결정하게 된다.

기질은 ▲ 구조와 성질에 따라 효소가 얼마나 잘 작용하는지(반응 효율 결정) ▲ 같은 효소라도 기질이 다르면 전혀 다른 물질을 생산(생산물 다양성) ▲ 기질 선택이 최종 제품의 품질과 경제성 좌우(산업적 활용) 등의 특징이 있다.

예를 들어 식품산업의 경우 발효과정에서 포도당, 젖당 같은 기질을 사용해 술, 치즈, 요구르트를 생산하거나, 의약에서 특정 기질을 변환해 항생제, 비타민, 아미노산 등 고부가가치 물질을 생산하는 사례 등이다. 또 셀룰로오스 같은 기질을 분해해 바이오에탄올, 바이오 가스를 생산하기도 한다.

다만 “사용된 기질(추출물)에 따라 생물전환 후 생산된 활성물질의 안정성, 안전성 등 여러 변화가 생길 수 있으므로 실험 데이터를 확보해 확인해야 한다. 또는 기질과 사용하는 미생물의 조합이 잘 안맞는 경우에는 원하는 결과를 얻을 수 없으므로 기질-미생물의 조합을 맞춰야 한다”라며 지 박사는 활용 시 주의점도 짚었다.

지원재 박사는 화장품 기업이 생물전환 기술에 주목해야 할 이유로 “차별화된 본인만의 IP를 가질 수 있다”는 점이 매력적이라고 강조한다.

이는 생물전환 기술의 확장성 때문이다. 이론적으로 n (미생물 개수) × n' (천연물 개수)의 신규 물질을 창출 가능하다. 신규 물질로 전환 및 다양한 분자 구조로 변환이 가능함에 따라 화장품 분야에서 미백/주름개선/항노화 등 기능성 소재 확보가 용이해진다.

기질(단일 물질 또는 추출물)의 특성을 반영해 최종산물을 얻는 것이므로 ➊ 초기 기질로 사용한 물질 기반 활성을 기대할 수 있다. 또 ➋ 최종 산물에 포함된 불순물이 적게 발생하여 추후 완벽한 정제과정 없이 사용이 가능하다는 장점이 있다고 지 박사는 설명했다.

최근 화장품산업에서 기존 추출물의 효능 정보 및 이용 기술이 포화상태인 상황에서 ➌ “새로운 소재 확보를 원하고 있는데 ‘생물전환’ 기술이 이를 채워줄 수 있을 것”이라고 그는 내다봤다.

그는 “생물전환 기술은 기존 제품의 다양성 및 개선에 도움이 될 수 있으며, 생물전환 산물(신규 물질의 경우) 또는 효능을 이용한 자체 IP를 확보할 수 있는 장점이 있다”라고 덧붙였다.

지 박사는 우수특허기술설명회에서 ‘황칠나무 캘러스 추출물의 생물전환산물을 유효성분으로 함유하는 피부 미백용 조성물’을 발표했다.

이 논문은 ▲ 기존의 황칠나무 추출물 관련 특허와 달리 특정 미생물 균주(Bacillus sp. JD3-7)를 활용한 생물전환 산물로 신규성과 차별성 ▲ 세포 독성이 낮고 멜라닌 세포의 멜라닌 합성을 저해하고, 티로시나제 활성을 억제해 멜라닌 생성에 관여하는 인자인 TRP-1, TRP-2, 티로시나제 및 MITF의 발현을 억제 등을 규명하고 있다. 바실러스 균주를 활용하여 생물전환을 하였으며 저농도에서도 우수한 효과를 확인했다.

이는 피부 미백 개선을 목적으로 하는 세럼, 에센스, 크림, 마스크팩 등 다양한 제형의 화장품이나 자외선차단제, BB/CC 크림 등에 미백 기능 추가 용도로 활용 가능하다. 또 캘러스 활용 시 기술 사업화에 적합해 기능성 소재 개발도 긍정적이라는 평가다.

논문 관련 지원재 박사는 오는 4월 2일 킨텍스 제2전시장 현장세미나실 B에서 강의를 할 예정이다. (‘2026년 Rising 화장품 신소재·신제형 최신 동향 세미나’, 코스인 주최) 

한편 지원재 박사는 일본 도쿄대에서 박사를 취득했으며, 명지대 연구교수, 신일제약 책임연구원을 역임하고 현재 국립생물자원관 환경연구사로 재직 중이다. 총 117편의 SCI 및 KCI 논문을 게재했으며 그중 10건의 생물전환 관련 논문 게재, 총 6건의 생물전환 관련 등록특허를 확보하고 있다.