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폴리우레탄 플라스틱을 공격하는 박테리아 균주를 발견했다.
재활용하기 어려운 플라스틱의 특정 구성 요소를 분해해 영양으로 섭취한다.
슈도모나스 sp. TDA1, 플라스틱-구성성분을 영양으로 사용한다.

플라스틱 홍수에 대한 해결사 미생물 :
연구원들이 폴리우레탄 플라스틱을 공격하는 박테리아 균주를 발견했다.
극한의 환경 조건에 적합한 이 미생물은 재활용하기 어려운 플라스틱의 특정 구성 요소를 분해해 영양으로 섭취한다. 이것은 박테리아가 폴리우레탄을 생분해를 가능하게 만드는 데 도움이 될 수 있다.

▲ PET 와 우레탄은 생분해 되기 매우 어렵다. plastic-bottles-115082Image by Hans Braxmeier from Pixabay

인류는 쉼 없이 지구에 플라스틱을 채워가고 있다.
매년 전 세계적으로 3억 톤 이상의 플라스틱이 생산된다.
플라스틱 병에 흔하게 포함되는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 외에도 폴리우레탄(PU)은 이 플라스틱 홍수의 많은 부분을 차지한다. 이들을 기본으로 만들어진 플라스틱은 냉장고에서 운동화에 이르기까지 수많은 일상 제품에서 쉽게 찾을 수 있다. 이 플라스틱은 건물의 단열재로도 사용되고 있다.

문제는 PET 및 기타 여러 유형의 플라스틱과 마찬가지로 폴리우레탄도 생분해가 거의 되지 않으며 재활용도 어렵다. 재처리는 에너지 집약적이고 비용이 많이 들어 많은 양의 매립지가 생겼다. 독성 화학 물질은 지속적으로 환경에 배출된다.

▲ 슈도모나스 Pseudomonas aeruginosa 를 순간전자현미경 촬영. Photo Credit: Janice Haney Carr Content Providers(s): CDC/ Janice Haney Carr - This media comes from the Centers for Disease Control and Prevention's Public Health Image Library (PHIL),

플라스틱 먹는 미생물

이 골치 아픈 문제의 해결책을 찾기 위해 연구원들은 작은 미생물의 도움에 점점 더 초점을 맞추고 있다. 특정 미생물은 플라스틱 성분을 분해 할 수 있기 때문이다. 특수 효소를 사용해 PET 플라스틱을 작은 화학 구조성분으로 분해하는 박테리아가 있다.
라이프치히 헬름홀츠(Helmholtz) 환경연구센터의 마리아 호세 카르데나스 에스피노자(Maria José Cárdenas Espinosa)와 동료들은 현재 폴리우레탄 플라스틱과 비슷한 재능을 가진 미생물을 발견했다.

과학자들은 라이프치히에 많은 플라스틱 폐기물이 있는 장소에서 유망한 미생물 후보를 찾았다. 그들은 폴리우레탄의 특정 화합물을 공격하는 것으로 보이는 *슈도모나스균 속의 한 박테리아 종을 토양에서 분리했다.
*슈도모나스균 [pseudomonas]
흙 또는 물속에 광범위하게 분포하며, 지방족 탄화수소, 페놀류, 테르펜 등 유기물을 분해해 이용할 수 있다.

▲ 폴리우레탄은 건축재료로 많이 사용 된다. 이미지출처: Pixabay

독성 음식

추가 연구 결과, 이 미생물은 폴리우레탄 올리고머에서만 자라는 것이 아니다.
이러한 플라스틱 제조시 생성되는 특정 전구체 화합물 및 중간체를 분해 할 수 있다.
발암성 물질로 분류된 2,4- 디아미노톨루엔(2,4-TDA)의 경우 특히 그렇다.
"우리가 아는 한, 이것은 폴리우레탄 전구체 2,4-TDA에 대한 박테리아 배양의 분리에 관한 첫 번째 보고서"라고 연구원들은 밝혔다.

박테리아는 슈도모나스 sp. TDA1에게 플라스틱-구성성분을 분명히 영양으로 사용되도록 한다. 에스피노사(Espinosa)의 동료 헤르만 하이피퍼(Hermann Heipieper)는 “박테리아는 이들 화합물을 유일한 탄소, 질소 및 에너지 공급원으로 사용할 수 있다.”고 보고했다.
연구팀은 박테리아 균주가 극한의 환경 조건에 적응하고 독소 및 기타 스트레스 요인에 매우 관대한 생명체인 극한 미생물군에 속한다고 설명했다.

"중요한 첫 단계"

이 "플라스틱 먹는 미생물"이 어떻게 작용하는지에 대해 더 자세히 알아보기 위해 Espinosa와 동료들은 이 미생물의 게놈을 분석하고 일련의 실험을 수행했다. 그들은 이 균주에 있는 박테리아가 방향족 화합물의 대사를 위한 수많은 유전자를 가지고 있음을 발견했다.

다른 미생물들로부터 이미 알려진 바와 같이, 박테리아 세포는 무엇보다도 특정 효소에서 분비돼, 이는 바로 직접적으로 플라스틱 성분 분해를 시작한다.
하이피퍼(Heipieper)는 “이러한 결과는 하루 재활용이 어려운 폴리우레탄 제품을 재활용할 수 있는 중요한 첫 단계이다.”고 주장한다.

새로운 재활용 접근법이 될까?

그러나 그 전에 여전히 많은 연구가 필요하다.
다음 단계에서 과학자들은 슈도모나스(Pseudomonas) sp. TDA1의 플라스틱 분해 효소의 원리를 포함한 모든 유전자를 확인할 계획이다. 또한 화학 분해 과정이 어떻게 작동하는지 확인하게 된다.

언젠가 박테리아 또는 그들의 효소는 표적화된 방식으로 사용될 수 있고 폴리우레탄 및 유사물질을 생분해 가능하게 하고 폐쇄된 재활용주기를 구현하도록 추가로 최적화될 수 있을 것이다. 그러나 이러한 기술적 구현 전에 추가적인 기본 지식을 얻어야 한다고 연구원들은 결론 지었다.

출처 : 프론티어 Frontiers in Microbiology, 2020; doi: 10.3389/fmicb.2020.00404

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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