유엔개발계획(UNDP)에 따르면, 세계 플라스틱 재활용률은 9%에 불과합니다. 국내 플라스틱 재활용률은 16.8%로 세계 평균보다 높지만, 대부분의 폐기물은 매립지에 버려집니다. 그러나 지하에 버려진 플라스틱 폐기물은 수백 년 동안 그대로 남아 심각한 환경 오염을 일으킵니다.

한국생물정보센터 감염병연구센터장 류청민 박사팀은 꿀벌나방의 내장에서 플라스틱을 분해할 수 있는 효소를 대량 배양하는 방법을 찾았다고 25일 밝혔다.

과학계는 플라스틱 폐기물 문제를 해결하기 위해 생분해성 플라스틱을 연구하고 있습니다. 생분해성 플라스틱은 기존 플라스틱의 내구성과 강도를 유지하면서 지하에 묻히면 빠르게 분해되도록 설계된 기술입니다. 그러나 기존 플라스틱과 비교하여 특성을 유지하는 데는 여전히 과제가 남아 있으며 비용도 더 높습니다.

한국생물정보센터 연구팀은 꿀벌나방이라는 나방의 플라스틱을 산화시키는 효소를 발견해 생분해성 플라스틱뿐만 아니라 일반 플라스틱도 빠르게 분해하는 방법을 찾아냈다. 생물체의 효소를 이용하는 '생물학적 플라스틱 분해' 기술은 친환경적이고 기존 플라스틱 폐기물을 관리하는 데 활용할 수 있어 주목을 받고 있다.

꿀벌나방은 벌집의 주요 성분인 왁스를 먹습니다. 왁스는 플라스틱과 구조가 비슷하여 생물학적 플라스틱 분해를 구현하는 데 초점을 맞춥니다. 연구팀은 2019년에 꿀벌나방이 분비하는 효소인 시토크롬 P450이 플라스틱의 한 종류인 폴리에틸렌을 소화할 수 있는 능력이 있다는 것을 처음 밝혔습니다.

류 교수는 "나방은 플라스틱을 분해할 수 있지만, 플라스틱을 섭취해 분해할 수 있는 기간이 수명 전체에서 2주로 제한돼 상용화에 어려움이 있다"며 "나방의 효소를 대량 배양해 플라스틱에 직접 적용하는 방법을 찾았다"고 덧붙였다.

연구팀은 효모에 시토크롬 P450 유전자를 삽입하고 곤충 세포와 함께 배양하여 플라스틱 분해 효소를 대량 배양하는 데 성공했습니다. 세포에서 생산된 효소는 나방 복부 밖에서도 플라스틱을 효과적으로 분해하는 것으로 확인되었습니다.

또한, 인공지능(AI)을 활용한 시뮬레이션을 통해 시토크롬 P450의 가소성 분해 원리를 규명하고, 유전자 변형을 통해 분해 효율을 높이는 데 성공했습니다.

류 교수는 곤충 유래 효소를 활용한 플라스틱 폐기물 처리의 새로운 가능성을 연 것에 대한 중요성을 강조하며, "플라스틱 분해 효소의 작동 원리를 정확히 규명하고, 최초로 폐플라스틱 처리에 대한 실질적 적용 가능성을 확인했다"고 밝혔다.

이 연구 결과는 10월 23일 유해물질 저널(Journal of Hazardous Materials)에 게재되었습니다.

참고자료

유해물질 저널(Journal of Hazardous Materials)(2024), DOI:  https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.136264