김대환(앞줄 가운데) DGIST 교수와 유희철(왼쪽부터), 전은빈, 김홍래, 이현민 학생이 연구실에서 포즈를 취하고 있다.대구경북과학기술원(DGIST·총장 국양) 학부생들이 주축이 된 연구팀이 곤충의 체내에서 플라스틱 생분해 박테리아를 발견했다. 향후 환경오염 해결을 위한 플라스틱 생분해 연구의 기폭제가 될 것으로 기대된다.
DGIST는 기초학부 김대환 교수와 김홍래·이현민·유희철·전은빈 학생이 아메리카왕거저리의 유충인 슈퍼웜의 체내에서 폴리스티렌을 생분해하는 박테리아를 최초로 발견했다고 3일 밝혔다. 이번 연구에는 DGIST 뇌·인지과학전공 이석규 교수와 광주과학기술원(GIST) 화학과의 자오제 리(Jiaojie Li) 교수가 공동으로 참여했다.
불과 150년 전부터 존재하기 시작한 플라스틱은 인류의 삶을 편리하게 바꿔놓았지만 전 세계적으로 연간 800만톤 이상의 플라스틱 폐기물이 해양에 유출돼 생태계를 위협하고 있다. 플라스틱은 자연 상태에서 분해속도가 매우 느리기 때문에 플라스틱을 생분해하기 위한 연구가 활발히 이뤄지고 있다.
플라스틱을 섭취하는 슈퍼웜(왼쪽), 플라스틱 분해 박테리아(가운데), 플라스틱 분해 효소 후보(오른쪽)연구팀은 기존에 플라스틱 소화 능력이 잘 알려지지 않았던 슈퍼웜에 주목해 연구를 진행했다. 먼저 플라스틱 이외의 영양원이 없는 배양기에서 슈퍼웜의 장액을 배양해 장액 내 플라스틱 분해 박테리아 후보를 선별했다. 플라스틱에서의 증식 여부와 화학적 변화를 지속적으로 관찰하며 플라스틱 분해 박테리아인 ‘슈도모나스’를 발견하는 데 성공했다.
슈도모나스 박테리아는 특히 분해가 어려운 플라스틱 종류인 폴리스티렌을 분해할 수 있었는데, 슈도모나스 내 효소 중 하나인 세린계 가수분해효소가 플라스틱 생분해와 연관이 있음을 최초로 제시했다. 이를 규명하고자 효소의 억제제를 여러 농도에서 처리하면서 억제제의 농도가 높을수록 박테리아 증식과 플라스틱 분해가 저해되는 것을 관찰했다. 소화된 플라스틱 대사물질의 대사 경로를 추론 및 분석하기 위해 다양한 분광학적 기법을 이용했다.
김대환 교수는 “앞으로 플라스틱 분해 효소 발견과 개량을 지속하다 보면 플라스틱 문제 해결에 다가설 수 있을 것”이라며 “아직 플라스틱 생분해 연구가 초기 단계라 이번 연구가 기폭제가 되기를 기대한다”고 말했다. 연구성과는 환경과학 분야의 저명한 국제학술지인 ‘환경과학기술’ 온라인판과 미국화학회(ACS)의 ‘Weekly PressPac’ 뉴스로 각각 게재됐다. 이번 연구는 DGIST 학부 커리큘럼의 일환인 ‘학부생 공동연구 프로젝트(UGRP)’로 이뤄졌으며 자금은 CJ제일제당이 주최한 ‘CJ블로썸 아이디어랩’ 사업과 DGIST의 연구지원으로 충당했다. /고광본선임기자 kbgo@sedaily.com
