기술과 솔루션
생명연, 플라스틱 분해효소 발현을 통한 페트병 분해 식물성 플랑크톤 개발
작성자 : 취재부
2020-06-17 |
조회 : 1546
- 수생 생태계의 플라스틱 연쇄 오염 고리 차단의 실마리 제공
국내 연구진이 유전자 형질전환을 통해 플라스틱 분해효소를 발현하여, 페트병을 분해하는 식물성 플랑크톤을 개발하였다. 향후 수생 생태계의 플라스틱 연쇄 오염 및 생물 농축 차단에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.
플라스틱 분해 플랑크톤 개발 기술 활용 모식도
미세플라스틱 오염이 먹이사슬에 따라 생물 농축되는 과정에서 플라스틱 분해 플랑크톤이 순환 고리를 끊는 역할을
수행할 수 있을 것으로 기대
한국생명공학연구원(원장 김장성, 이하 생명연) 세포공장연구센터 이용재, 김희식 박사팀(교신저자: 이용재/김희식 박사, 제1저자: 김지원/박수빈 석박사통합과정생)이 수행한 이번 연구는 과학기술정보통신부와 생명연이 추진하는 아이디어 기반 융합 사업의 지원으로 수행되었고, 미생물 분야의 국제학술지 마이크로바이얼 셀 팩토리즈(Microbial Cell Factories, IF 4.669) 4월 28일 자(한국시각 4월 29일) 온라인판에 게재되었다.
* 논문명: Functional expression of polyethylene terephthalate-degrading enzyme(PETase) in green microalgae
어패류 등의 수생 생명체는 미세플라스틱을 먹이로 오인하여 섭취하는 경향이 있어, 중금속이나 방사능과 같이 먹이사슬을 통해 플라스틱 생물 농축이 일어날 우려가 있다. 식물성 플랑크톤은 수생 생태계에서 1차 생산자로서 빛으로부터 포도당과 같은 영양분을 합성하여 전체 먹이사슬에 공급하는 역할을 담당한다.
따라서, 플라스틱을 분해하는 식물성 플랑크톤은 미세플라스틱에 의한 수생 생태계의 연쇄 오염을 원천적으로 예방하고 먹이사슬을 통한 플라스틱 생물 농축을 차단할 수 있다.
2016년 해외연구팀에 의해 페트병을 분해하는 효소가 세균으로부터 발견되었지만, 아직까지 식물성 플랑크톤인 녹색 미세조류에 적용한 사례가 없었다. 본 연구팀은 ‘Chlamydomonas reinhardtii’라는 가장 대표적인 녹색 미세조류에, PET 분해효소(PETase)의 아미노산 서열을 이용하여 식물플랑크톤에 적합하도록 유전자를 합성하여, 페트병을 분해하는 식물성 플랑크톤 ‘CC-124_PETase’를 개발했다.
(a) 플라스틱 분해 플랑크톤의 PET 분해 실험 방법, 상단의 방법으로 (b) 2주, (c) 3주, (d) 4주간 실험한 후 HPLC 분석을 수행한 결과.
녹색 실선은 일반 플랑크톤을 이용하였을 때, 붉은 실선은 플라스틱 분해 플랑크톤을 이용하였을 때의 결과임. BHET는 PET의 분해 중간 산물이고, TPA는 PET의 최종 분해 산물임.
그림 2 (a) 하단의 실험방법을 통해 플라스틱 분해 과정을 전자현미경으로 2만 배 확대하여 관찰한 결과.
(a) 일반 플랑크톤을 이용하여 4주간 분해한 결과. 플라스틱 분해 플랑크톤을 이용하여 (b) 2주,
(c) 4주간 분해한 결과. 빨간색 상자는 분해되는 과정에서 표면에 발생하는 hole과 dent를 확대한 것임.
연구팀은 플라스틱 분해 식물성 플랑크톤을 개발하여 시판되고 있는 음료수 페트병을 인체에 무해한 단량체들(TPA*, EG**)로 완전히 분해하는 것을 확인하였으며, 전자현미경을 통해 페트병이 분해되는 과정을 관찰하는 데 성공했다.
* 테레프탈산(terephthalic acid), ** 에틸렌글라이콜(ethylene glycol)
연구책임자인 김희식 박사는 “동 연구성과는 세계 최초로 플라스틱을 분해하는 녹색 미세조류를 개발한 것”이라며, “이 기술은 플라스틱에 의한 환경오염을 해결할 수 있는 새로운 패러다임을 제시한 결과”라고 밝혔다.
또한, “먹이사슬을 통한 미세플라스틱의 생물 농축을 원천적으로 차단할 수 있는 기술의 실마리를 제공함으로써 추가적인 연구를 통해 자연복원, 수산양식 등 다양한 분야에 널리 활용될 수 있을 것”이라고 전망했다.
