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[눈길 끄는 알앤디] 미생물로 플라스틱 만들고 폐플라스틱 분해
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송강섭 기자 작성일승인 2018-02-09 12:53 수정 2018-02-09 12:53관련링크
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한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 이상엽 교수 연구팀이 친환경 바이오매스를 활용해 플라스틱을 생산하는 기술과 폐플라스틱 재활용 기술을 개발했다고 과학기술정보통신부가 9일 밝혔다.
고분자인 방향족 폴리에스테르는 원유로부터 복잡한 공정을 거쳐야 얻을 수 있으므로 친환경적이지는 않지만 페트병의 원료로 우리 생활에 필수적인 물질이다. 강도와 열안정성이 뛰어나 병, 식료품 포장재 등의 원료로 널리 쓰이는 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)가 대표적인 방향족 폴리에스테르다.
KAIST 이상엽 교수와 이화여대 박시재 교수는 공동연구를 통해 개량된 대장균을 직접 발효해 비식용 바이오매스로부터 방향족 폴리에스테르를 생산할 수 있는 친환경 원천기술을 세계 최초로 개발했다.
연구팀은 시스템 대사공학기법을 활용해 고분자 생산의 핵심인 코에이-전이효소의 밝혀지지 않은 반응을 밝히고 이를 기반으로 다양한 종류의 방향족 폴리에스테르를 생산했다. 시스템 대사공학이란 세포 기반의 각종 데이터를 통합해 생리 상태를 다차원으로 규명하고 이 정보를 바탕으로 맞춤형 대사조절을 함으로써 고효율 미생물 균주를 개발하는 기술이다.
시스템 대사공학과 합성생물학 기술을 접목하는 전략을 비천연 고분자인 방향족 폴리에스테르를 친환경적이면서도 효율적으로 생산하는데 성공함으로써 향후 바이오 플라스틱 산업 발전에 중요한 역할을 할 것으로 보인다.
이 연구와 별도로, 이상엽 교수 연구팀과 경북대 김경진 교수 연구팀은 공동연구를 통해 기존 알려진 효소보다 뛰어난 PET 분해능력을 가지는 효소의 구조를 밝히고, PET 분해 활성도가 증가된 변이 효소 개발에도 성공했다.
PET는 합성 플라스틱으로 자연 분해가 어려워 소각, 매립해야 하므로 여러 환경 문제를 일으킨다. 기존의 미생물 기반 PET 분해는 시간과 비용 측면에서 비효율적이었다.
일본 연구팀은 뛰어난 PET 분해능력을 가진 신규 효소(PETase)를 2016년 발표한 바 있다. 연구팀은 PETase가 기존 알려진 효소보다 더 높은 PET 분해능을 가지는 원인과 효소의 단백질 결정 구조를 잇따라 밝힘으로써 고효율 효소 개발의 길을 열었다.
이 과정에서 컴퓨터 기반 '도킹 시뮬레이션'을 통해 PETase 효소와 PET를 모사하는 화합물과의 도킹에 성공해 결합 구조를 제시할 수 있었다. 도킹 시뮬레이션은 두 분자간 상호작용을 모델링하기 위해 사용되는 컴퓨터 시뮬레이션 기술의 하나다.
또 특정 아미노산의 서열을 서로 바꾸는 특정 부위 돌연변 유도를 통해 PET 분해 메커니즘에서 중요한 역할을 하는 잔기(residue)를 밝혔다. 또 PET 분해 활성이 증가된 PETase 변이 효소 개발에도 성공했다.
이 교수는 연구 결과에 대해 "미생물로 합성 플라스틱을 대체하는 플라스틱을 생산하고 화학적으로 생산된 플라스틱을 다시 미생물로 분해하는 기술이 개발됐으므로 친환경 화학산업으로의 재편이 가능해질 것"이라고 말했다.
이들 연구는 과학기술정보통신부 글로벌프런티어사업의 '지능형 바이오 시스템 설계 및 합성 연구 과제'와 기후변화대응 기술개발사업의 융합 연구, 기후변화대응 기술개발사업의 '바이오 리파이너리를 위한 시스템 대사공학 기술개발 과제'의 지원을 받아 수행됐다. 연구 성과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 지난달 8일자, 같은 달 26일자 온라인판에 각각 실렸다.
송강섭 기자 successnews@successnews.co.kr
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