[사이테크+] 합성 박테리아로 폐플라스틱 유용한 화학물질로 바꾼다

美 연구팀 "유전자 조작 박테리아로 폐PET 분해…원료물질로 전환"

플라스틱을 구성하는 특정 물질을 분해하도록 유전자를 조작한 합성 박테리아들의 분업을 통해 플라스틱 폐기물 분해하고 유용한 원료 화학물질로 전환하는 기술이 개발됐다.

미국 매사추세츠공대(MIT)와 어바나-샴페인 일리노이대 연구팀은 27일 과학저널 '네이처 커뮤니케이션'(Nature Communications)에서 유전자를 조작한 토양 박테리아 '슈도모나스 푸티다'(Pseudomonas putida)를 사용해 폐 PET를 분해하고 이를 폴리우레탄 등의 원료 물질로 전환하는 데 성공했다고 밝혔다.

플라스틱은 인간이 지구환경에 큰 영향을 미치는 일명 '인류세'(Anthropocene)의 대표 물질로 꼽힌다.

하지만 대량 발생하는 플라스틱 쓰레기 환경과 야생동물, 인간의 건강에 악영향을 끼쳐 인류의 골칫거리가 되고 있다.

연구팀은 플라스틱 폐기물 해결책의 하나로 엔지니어링 미생물을 사용해 폐플라스틱에서 재활용할 수 있는 원료물질을 만드는 업사이클링(upcycling)이 제시되지만 복잡한 전환 과정 때문에 아직은 어려운 과제가 많다고 연구 배경을 밝혔다.

연구팀은 이 연구에서 플라스틱이 대부분 다양한 특성의 구성 물질이 사슬처럼 결합해 있는 점에 착안, 각 구성 물질을 분해하는 미생물을 만들고 이들이 협업해 폐플라스틱을 분해하고 유용한 화학물질로 전환하는 메커니즘을 설계했다.

이들은 유전자 조작이 용이한 토양 박테리아 '슈도모나스 푸티다'의 유전자를 조작해 가장 흔한 플라스틱의 하나인 PET를 구성하는 테레프탈산(TPA)과 에틸렌글리콜(EG)을 분해하는 합성 박테리아 2종을 만들었다.

이어 두 합성 박테리아를 군집으로 만들어 PET 분해에 적용한 결과 박테리아들은 각각 테레프탈산과 에틸렌글리콜을 효과적으로 분해했고 처리 효율도 각각 단일 균주로 사용할 때보다 더 높은 것으로 나타났다.

연구팀은 이어 이 박테리아 군집을 이용해 PET 분해 산물을 생분해성 고분자 생산에 사용되는 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)와 뮤코산 염(MA)으로 전환하고 이를 이용해 폴리우레탄과 아디프산을 합성하는 데 성공했다.

폴리우레탄은 절연체, 코팅제, 접착제 등으로 사용되며 아디프산은 나일론의 원료다.

연구팀은 "이 연구 결과는 엔지니어링 미생물 군집이 플라스틱 업사이클링과 환경 지속 가능성을 촉진하는 효과적인 플랫폼이 될 수 있음을 시사한다"며 "이 연구의 기본 개념과 전략은 다른 유형 플라스틱 처리에도 적용될 수 있다"고 말했다.

◆ 출처 : Nature Communications, Teng Bao et al., 'Engineering microbial division of labor for plastic upcycling', https://www.nature.com/articles/s41467-023-40777-x


/연합뉴스