경상국립대학교 김인정 교수 연구팀과 국민대학교 남기현 교수가 곰팡이 Hypocrea virens 유래 GH11 계열 자일라네이스인 HviXyn11D의 생화학적 특성과 3차원 구조를 분석하고, 이를 이용해 볏짚(rice straw), 옥수수 속대(corn cob), 사탕수수 바가스(sugarcane bagasse) 등 농업 부산물로부터 자일로올리고당(xylooligosaccharides, XOS)을 생산할 수 있음을 확인했다.
 
자일로올리고당은 장내 유익균의 성장을 선택적으로 촉진하는 프리바이오틱 소재로, 기능성 식품과 건강기능식품 분야에서 활용 가치가 높은 물질이다. 그러나 농업 부산물에 포함된 자일란(xylan)을 효율적으로 분해하고 원하는 크기의 자일로올리고당을 생산하기 위해서는 높은 기질 특이성과 적절한 효소 활성을 가진 자일라네이스가 필요하다.

연구팀은 H. virens 유전체에 존재하는 자일라네이스를 생물정보학을 통해서 체계적으로 분석하고, 이 가운데 GH11 계열에 속하는 HviXyn11D의 효소학적 특성을 규명하고, 리그노셀룰로오스계 바이오매스 처리 과정에서 생성될 수 있는 특정 저해제들에 의해서 효소 활성이 증가하는 특징을 확인하였다.

연구팀은 효소가 실제로 어떻게 작동하는지를 분자 수준에서 이해하기 위해 HviXyn11D의 결정구조를 규명하고, 분자동역학 시뮬레이션을 이용하여 온도 변화에 따른 효소의 동적인 구조 변화 메커니즘을 밝혀냈다.

연구팀은 한 단계 더 나아가 실제 농업 부산물에 대한 활용 가능성도 평가했다. 볏짚, 옥수수 속대 및 사탕수수 바가스에서 유래한 바이오매스 기질에 재조합 HviXyn11D를 적용한 결과 자일란을 효과적으로 가수분해하여 자일로올리고당을 생산할 수 있음을 확인했다.

이번 연구는 신규 자일라네이스에 대한 생물정보학-생화학적 분석–X선 결정구조 분석–분자동역학 시뮬레이션–농업 부산물 분해 및 자일로올리고당 생산을 연계하여 효소의 분자 작동 원리와 산업적 활용 가능성을 함께 제시했다는 데 의미가 있다.

특히 농업 부산물은 상당량이 폐기되거나 저부가가치 방식으로 처리되고 있어 이를 기능성 식품 소재와 같은 고부가가치 물질로 전환하는 기술은 자원순환과 바이오매스 업사이클링 측면에서도 활용 가능성이 높다. 

연구팀은 이번 연구를 통해 확보한 HviXyn11D의 구조 및 동역학 정보를 기반으로 향후 단백질공학을 통한 효소 활성·안정성 향상과 산업용 자일로올리고당 생산 효율 개선 연구에도 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 International Journal of Biological Macromolecules (Impact Factor 8.7, Polymer Science 분야 상위 5.7%) 온라인 게재됐으며, 2026년 11월호에 정식 출판될 예정이다. (논문 제목: Functional and structural analysis of HviXyn11D xylanase from Hypocrea virens and its application to xylooligosaccharide production from agro-food by-products).

이번 성과는 한국연구재단, 과학기술정보통신부와 포항공대가 지원하는 포항가속기연구소(PAL-XFEL)의 연구 지원을 받아 수행됐다.