[요약]
- 미국 노스캐롤라이나 주립대는 유전자변형을 통해 바닷물에 떠다니는 PET 분해 능력을 지닌 유전자변형 박테리아 개발에 성공
- 해양 환경에서 PET를 분해하는 것이 가능해지면서 생태계 전체의 위기 감소에 기여 전망
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미국 노스캐롤라이나 주립대가 기존 박테리아를 활용하여 바다 내 PET 미세플라스틱을 분해할 수 있는 유기체를 개발하는 데에 성공하면서, 해양 생태계 위협을 가하고 있는 PET 분해 가속화 가능성에 귀추가 주목
- 미국 노스캐롤라이나 주립대(North Carolina State University) 연구진이 유전자변형을 거친 해양 미생물을 활용해 PET를 분해하는 방법을 개발하는 데에 성공
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- PET는 해양 미세플라스틱 오염의 주요 원인으로서 일상생활에서도 널리 사용되는 플라스틱 성분이며, 플라스틱 가운데에서도 분해가 가장 어려운 물질로 인식
- 특히 PET는 자연 분해 저항성이 매우 높아 환경에 그대로 축적되는 경향이 무엇보다도 강함
- PET는 해양 미세플라스틱 오염의 주요 원인으로서 일상생활에서도 널리 사용되는 플라스틱 성분이며, 플라스틱 가운데에서도 분해가 가장 어려운 물질로 인식
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- 연구팀은 PET와 관련해 다양한 재활용 시도가 있어 왔지만 결국 매립지로 향하는 폐기물이 되고 있다고 지적하면서, 매립된 PET 폐기물이 해양 생물뿐만 아니라 인간의 건강 등 생태계 전체에 위협이 되고 있다고 강조
- 미국 국립재생에너지연구소(National Renewable Energy Laboratory)는 매년 8,200만 톤 이상의 PET 플라스틱이 생산되고 있으나 PET의 재활용률은 15~35%에 그치고 있다고 밝힘
- 연구팀은 PET와 관련해 다양한 재활용 시도가 있어 왔지만 결국 매립지로 향하는 폐기물이 되고 있다고 지적하면서, 매립된 PET 폐기물이 해양 생물뿐만 아니라 인간의 건강 등 생태계 전체에 위협이 되고 있다고 강조
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- 이와 관련해 연구팀은 일련의 박테리아를 활용하여 PET의 분해를 시도하는 연구를 수행했으며, 유전자변형 박테리아(GM박테리아)를 이용하여 해양 환경에서 문제되고 있는 PET의 분해와 관련한 의미 있는 성과 달성
- 연구팀은 비브리오 나트리겐스(Vibrio natriegens, 이하 비브리오 박테리아) 및 이데오넬라 사카이엔시스(Ideonella sakaiensis, 이하 이데오넬라 박테리아) 등 두 가지 종류의 박테리아를 대상으로 연구에 돌입
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- 비브리오 박테리아는 바닷물에서 빠르게 번식하는 박테리아이며 이데오넬라 박테리아는 PET를 분해하는 효소를 생성하는 박테리아로, 연구팀은 이데오넬라 박테리아의 DNA를 추출하여 해당 박테리아의 플라스미드(plasmid)에 삽입
- 플라스미드는 원핵생물 등이 자신의 염색체 DNA 이외에 별개로 가지고 있는 고리형 DNA를 뜻하는 것으로, 염색체와는 별도로 세포 내에서 증식이 가능한 유전적 서열의 한 형태
- 비브리오 박테리아는 바닷물에서 빠르게 번식하는 박테리아이며 이데오넬라 박테리아는 PET를 분해하는 효소를 생성하는 박테리아로, 연구팀은 이데오넬라 박테리아의 DNA를 추출하여 해당 박테리아의 플라스미드(plasmid)에 삽입
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- 연구팀은 이 플라스미드를 비브리오 박테리아에 주입한 후 변형된 비브리오 박테리아가 해양 환경에서 PET의 분해와 관련해 어떻게 작용하는지를 관찰
- 연구팀은 변형 비브리오 박테리아의 세포 표면에서 생성되는 효소가 실온의 바닷물에서 PET를 분해할 수 있는 것으로 확인
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- 연구팀은 이번 연구 결과가 비브리오 박테리아의 세포 표면에서 외부 효소가 발현하는 것을 성공적으로 보고한 첫 사례라고 강조하면서, 실제 해양 환경에서 PET 미세플라스틱을 분해할 수 있는 최초의 유전자변형 유기체로 볼 수 있다고 언급
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- 더불어, 아직 해결되어야 할 사항이 남아 있기는 하지만 바닷물에서 PET를 분해하려는 시도는 해당 연구에서 가장 어려우면서도 획기적인 부분이었다고 밝히기도 함
- 만약 바닷물에서 PET 분해가 불가능하다고 결론이 날 경우, 해양에 떠다니는 PET를 모두 수거하여 염분을 제거한 후 매립지로 옮겨가야 하는 결론에 도달하게 되는데 이는 결국 경제적 관점에서 현실성이 없기 때문
- 더불어, 아직 해결되어야 할 사항이 남아 있기는 하지만 바닷물에서 PET를 분해하려는 시도는 해당 연구에서 가장 어려우면서도 획기적인 부분이었다고 밝히기도 함
- 연구팀은 향후 유전자변형 박테리아의 PET 분해 속도를 증가시키는 방법을 찾는 것이 해당 연구가 나아갈 방향이라고 설명
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- 연구팀은 이번 연구를 통해 리터 당 1그램의 PET을 완전히 분해하는 데에 24년이 소요될 것이라고 예상하면서, 해당 속도는 수백 년이 소요되는 자연분해보다는 빠르다고 평가할 수 있지만 상용화를 위해서는 이보다 약 100배 이상 분해 속도가 향상되어야 할 것이라고 밝힘
- 이를 위해 이번 유전자변형 박테리아의 최적화를 위해 앞으로 5~10년간의 연구가 추가적으로 필요할 것으로 추정
- 연구팀은 이번 연구를 통해 리터 당 1그램의 PET을 완전히 분해하는 데에 24년이 소요될 것이라고 예상하면서, 해당 속도는 수백 년이 소요되는 자연분해보다는 빠르다고 평가할 수 있지만 상용화를 위해서는 이보다 약 100배 이상 분해 속도가 향상되어야 할 것이라고 밝힘
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- 그밖에, 해당 박테리아가 PET 입자를 분해하면서 발생시키는 부산물이 경제성 있는 분자나 제품으로 전환될 수 있도록 하는 시도도 지속할 것이라고 부연
[시사점]
- 미국 노스캐롤라이나 주립대의 연구는 현재 바다에 풍부한 기존 박테리아를 활용해 해양 생태계 위협 물질로 거론되는 PET의 분해 가능성을 세계 최초로 열었다는 점에서 향후 추가적 연구 결과에 대한 기대감을 증폭
- 이번 연구가 더욱 진전을 보인다 할지라도, PET의 높은 일상 활용도 및 폴리에스터로 제작된 의류의 과다 사용 및 세탁 등으로 인해 해양으로 흘러 들어가는 플라스틱 관련 오염 문제를 근본적으로 막을 수 없는 만큼 해당 물질의 사용량 및 사용 빈도를 줄이려는 보편적 태도 변화가 더욱 강조
[출처]
- 뉴스퀘스트, 해양 박테리아로 해양 플라스틱 분해한다.… PET 플라스틱 먹어 치우는 GM박테리아 개발, 2023.11.4.
- WUNC North Carolina Public Radio, NC State researchers engineer ‘promising’ plastic-degrading microbe to help polluted oceans, 2023.10.11.
