플라스틱 분해기술 미생물 효소 플랑크톤 쓰레기 대란 해결의 열쇠

플라스틱 분해기술 미생물  효소 플랑크톤 쓰레기 대란 해결의 열쇠


태평양에 남한 면적의 16배 쓰레기섬 있어
플라스틱 페트병을 10시간 안에 90% 이상 분해하는 미생물. 효소 발견

태평양의 플라스틱섬

태평양에 거대한 인공섬이 존재한다! 하와이섬 북쪽과 일본 열도 사이의 북태평양에 남한 면적의 16배가 넘는 플라스틱 쓰레기섬이 있다. 전체 무게는 8만 톤이고 1조 8,000억 조각으로 나뉜 채 떠다닌다고 한다. 바다를 떠돌던 쓰레기들은 해류와 바람을 타고 흐르다가 원형으로 순환하는 환류의 한가운데에 모이게 되는데, 실제로 그 크기가 웬만한 작은 규모의 섬들보다 크다고 한다. 태평양 거대 쓰레기 지대(Great Pacific garbage patch, Pacific trash vortex)라는 나름의 공식 명칭도 가지고 있다. 

이 쓰레기섬의 대부분은 플라스틱이다. 플라스틱은 자연 상태에서 썩고 분해하는데 적게는 350년에서 많게는 500년이 걸린다. 이 플라스틱들은 풍화와 파도에 의해 작은 조각으로 부셔져, 오염물질(PCDs, DDT, PAHs)을 잔뜩 흡수한 채 머리카락 굵기만 한 미세플라스틱 파편이 되기도 한다. 이 크고 작은 조각들이 바다 생물, 먹이사슬에 의해 생태계 전체로 번져 생태 불균형을 이루고, 결국엔 우리들의 식탁으로 올라오게 된다.

효소를 이용한 플라스틱 분해

골칫거리인 플라스틱은 소각하거나 매립하는 과정에서도 유해물질을 배출한다. 과학자들은 이를 해결하기 위해 작은 벌레와 곤충, 미생물 등에서 플라스틱 분해 효소를 발굴하고 있다.

2016년 일본 교토대학교 고분자연구소 요시다 쇼스케 박사팀이 페트(PET)병을 먹는 신종 박테리아를 발견해 사이언스에 발표했다. 이후 박테리아 안에 있는 특정 효소가 플라스틱을 분해한다는 사실을 알아내 신규효소 PETase라는 이름을 붙였다. ‘-ase’는 효소의 이름을 지을 때에 사용하는 접미어다.

2018년 4월, 영국 포츠머스 대학의 존 맥기한 교수팀은 신규효소 PETase의 플라스틱 분해 속도를 더욱 빠르고 강력하게 한 변이효소를 개발했다고 발표했다. 맥기한 교수팀은 “PETase의 정확한 구조를 밝혀 유전자 조작, X선 실험 등을 실시해 플라스틱 분해 능력을 20% 더 향상시켰다.”고 발표했다. 이 변이효소가 플라스틱을 분해하기 시작하는 데 걸리는 시간은 단 며칠이었다.

2020년 4월 8일에도 국제학술지 ‘네이처’에 프랑스 툴루즈대 연구진과 화학기업 카르비오스에서 “나뭇잎 퇴비에서 발견한 효소를 개량하여 플라스틱 페트병을 10시간 안에 90% 이상 분해했다.”는 연구 결과가 발표됐다.

미세플라스틱 먹는 미생물 플랑크톤

국내 과학자들의 연구도 한창이다. 해양에 오염된 미세플라스틱을 해결하기 위해 한국생명공학연구원 김희식 연구팀이 플라스틱을 분해하는 식물성 플랑크톤을 만들었다. 폴리에틸렌을 분해하는 효소로 알려진 ‘PETase’의 아미노산 서열을 이용해 식물 플랑크톤에 적합하도록 유전자를 합성한 것이다. 연구진이 만든 플라스틱 분해 플랑크톤은 세계 최초다.

또 지난해 생명공학연구원 유충민 박사 연구팀은 꿀벌부채명나방 애벌레로부터 폴리에틸렌을 분해하는 효소를 발견했다. 연구진은 벌집의 구성 물질인 밀랍(왁스)과 폴리에틸렌이 유사해 꿀벌부채명나방이 먹는 것을 발견한 것이다. 이외에도 포스텍 차형준 교수 연구팀도 산맴돌이거저리의 애벌레가 플라스틱을 먹어 분해한다는 사실을 밝혀냈다.

미래세상을 준비할 기술

전 세계 기업들과 과학자들의 노력으로 골칫덩이 쓰레기, 플라스틱을 분해하는 방법들이 속속 개발되고 있다. 미생물과 효소의 발견에서 시작해 플랑크톤, 애벌레 등 자연으로도 눈을 돌려 화학적 연구의 범위를 고정시키지 않았다. 덕분에 폐플라스틱을 분해하여 무한 재활용하거나, 음용이 가능한 ‘식품등급’의 페트병을 다시 만들 수 있을 정도의 친환경적인 기술까지 나왔다.