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플라스틱 분해 위해 진화하고 있는 박테리아들
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플라스틱 분해 위해 진화하고 있는 박테리아들
  • 심성필 기자
  • 승인 2021.12.15 14:18
  • 댓글 0
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플라스틱을 먹는 벌레와 효소 국내외 연구 활발
지난 10월, 스웨덴의 찰머스 공과대학 연구
"박테리아의 플라스틱 분해 가능성에 대한 최초 대규모 글로벌 평가"
분석된 유기체 중 4분의 1이 분해 적절한 효소 가지고 있음 발견

매년 수백반 톤의 플라스틱이 환경에 버려지면서 이러한 오염은 에베레스트 산 정상에서부터 깊은 바닷속까지 지구 곳곳에 만연해 있다. 플라스틱 폐기물의 적절한 수거와 처리를 포함해 플라스틱 자체의 양을 줄이는 것이 중요하지만 현재까지 많은 플라스틱의 분해와 재활용은 쉽지 않다. 

플라스틱 쓰레기 /사진=픽사베이
플라스틱 쓰레기 /사진=픽사베이 ⓒ케미컬뉴스CG

플라스틱을 먹는 벌레의 분해 효소를 사용해 플라스틱을 분해하고 기존 제품에서 새로운 제품을 만들 수 있게 하는 것은 천연 플라스틱 생산을 줄일 수 있는 방법이다.

플라스틱을 먹는 벌레와 효소에 대한 연구

플라스틱을 먹는 벌레에 대한 연구는 2016년 일본 쓰레기 매립장에서 발견된 박테리아(폴리에틸렌 테레프탈레이트[PET 또는 폴리에스터]의 분자 결합을 끊을 수 있는 박테리아 종)를 시작으로 2018년 플라스틱을 더 잘 분해하는 효소를 만들어냈고, 2020년에는 추가적인 연구들로 플라스틱 병을 이전보다 6배 더 빨리 분해하는 슈퍼 효소가 만들어졌다. 또 독일에서는 매립지에 버려지는 독성 플라스틱 폴리우레탄을 먹고사는 박테리아를 발견했다.

국내 연구로는 2019년에 국내 한국생명공학연구원 감염병연구센터 연구팀이 꿀벌부채명나방 애벌레 분석을 통해 폴리에틸렌 분해 효소를 찾아낸 바 있다. 2020년에는 포항공과대학교(POSTECH) 화학공학과와 안동대학교의 공동연구팀이 딱정벌레목의 곤충인 '산맴돌이거저리'의 유충이 분해가 매우 까다롭다는 폴리스타이렌을 생분해할 수 있음을 처음으로 확인했다고 밝혔다.

폴리스티렌(PS)을 분해하는 슈도모나스 sp.의 식별/ChemRxiv에 게시된 해당논문
폴리스티렌(PS)을 분해하는 슈도모나스 sp.의 식별/ChemRxiv에 게시된 DGIST해당논문

지난해 6월 대구경북과학기술원(DGIST) 기초학부 연구팀은 아메리타 왕거저리의 유충인 슈퍼웜의 체내에서 폴리스틸렌을 생분해하는 박테리아를 발견했다. 또한 같은 해 10월에는 국립생물자원관과 경북대 공동 연구진이 의료용 등에 쓰이는 분해가 힘든 바이오플라스틱의 분해를 촉진하는 곰팡이 균주를 국내 토양에서 찾아내기도 했다. 

최초의 대규모 글로벌 평가... 분석된 유기체 중 4분의 1이 분해에 적절한 효소 가져

'전 세계 미생물군집 전체의 플라스틱 분해 가능성은 최근 오염 경향과 관련있다.' /미국미생물확회 갈무리

최근에는 미생물 생태학(Microbial Ecology) 저널에 지난 10월에 발표된 스웨덴의 찰머스(Chalmers) 공과대학의 연구에서 전 세계 미생물군집의 플라스틱 분해 가능성이 환경 플라스틱 오염 측정과 상관관계가 깊다는 사실을 뒷받침하는 여러 증거를 발견했다.

이 연구는 박테리아의 플라스틱 분해 가능성에 대한 최초의 대규모 글로벌 평가이며, 분석된 유기체 중 4분의 1이 분해에 적절한 효소를 가지고 있음을 발견했다. 

전 지구적 미생물군집 전체에 걸친 플라스틱 분해 효소. 해양에서의 효소 적중 1만1906개, 토양 데이터 세트에서의 1만8119개. 각각의 해양과 토양 분율에서 최대 10가지와 9가지 다른 플라스틱 유형까지 분해될 가능성이 관찰되었다. /미국미생물확회 'Plastic-Degrading Potential across the Global Microbiome Correlates with Recent Pollution Trends' 갈무리

연구원들은 지난 70년 동안 연간 200만 톤에서 3억 8천만 톤으로 급증한 플라스틱의 생산으로 인해 미생물이 플라스틱을 처리하도록 진화할 시간이 생겼다고 밝혔다. 이 연구는 플라스틱을 분해하는 것으로 이미 알려진 95가지 미생물 효소의 데이터를 수집함으로써 시작되었는데 이러한 효소는 종종 쓰레기 매립장이나 플라스틱이 풍부한 비슷한 장소의 박테리아에서 발견된다.

이후 전 세계 236개 지역에서 다른 연구원들이 채취한 환경 DNA 샘플에서 유사한 효소를 찾아냈는데, 중요한 것은 연구원들이 처음에 확인된 효소와 플라스틱 분해 효소가 없는 것으로 알려진 사람 내장의 효소를 비교함으로써 잠재적인 거짓 양성을 배재했다는 것이다.

약 1만2천 개의 새로운 효소들이 바다 샘플에서 발견되었고, 67개의 장소와 3개의 다른 깊이에서 채취되었다. 이는 더 깊은 단계에서 지속해서 더 높은 수준의 분해 효소를 보여주었고, 더 낮은 깊이에 존재하는 것으로 알려진 더 높은 수준의 플라스틱 오염과 일치했다는 것이다.

토양 미생물군집의 플라스틱 분해 가능성. (A)11개 토양 서식지에서 발견된 플라스틱 분해 효소 히트 및 분해 가능한 플라스틱 유형의 수. (B)효소 적중 횟수와 토양 환경 변수에 따른 분해성 플라스틱 유형 간의 상관관계. (C)토양 플라스틱 분해 효소 히트와 국가당 부적절하게 관리되는 플라스틱 비율의 상관관계 /미국미생물확회 'Plastic-Degrading Potential across the Global Microbiome Correlates with Recent Pollution Trends' 갈무리

38개국의 169개소와 11개 서식지에서 토양 샘플을 채취했는데 1만8천개의 플라스틱 분해 효소를 함유하고 있다. 토양은 바다보다 프탈레이트 첨가제가 포함된 플라스틱을 더 많이 함유하고 있다고 알려져 있는데 연구팀은 육지 샘플에서 이러한 화학물질을 공격하는 효소를 더 많이 발견했다고 설명했다.

이는 새로운 효소의 거의 60%가 알려진 효소 부류에 맞지 않은데다 이전에는 알 수없던 방식으로 플라스틱을 분해한다는 것을 시사한다. 연구팀의 다음 단계는 실험실에서 가장 유망한 효소 후보를 테스트해 특성과 플라스틱 분해 속도를 면밀히 조사는 것이며, 특정 폴리머 유형에 대한 표적 분해 기능을 가진 미생물 군집을 설계할 수 있다.

잘게 부서진 미세 플라스틱의 위험에 대한 소식도 지속해서 들려온다. 최근 과학자들은 음식을 통해 섭취하는 것으로 알려진 미세 플라스틱의 수준이 실험실에서의 인간 세포에 손상을 일으킴을 밝힌 바 있다.

사진=그린피스

우리 생활 전반 어디에서나 사용하는 편리한 플라스틱, 쉬운 사용만큼 또한 쉽게 버려지는 폐플라스틱 처리 문제는 전 세계의 이슈이다. 일회용 플라스틱 사용을 줄이는 노력을 포함해 이를 분해해서 처리하고 재활용할 수 있도록 애쓰고 있는 전 세계의 과학자들의 또 다른 새로운 소식들을 기대해본다.

케미컬뉴스 심성필 기자


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