플라스틱 포장도 빠르게 분해할 수 있을까?라이프치히 연구진, PET를 빠르게 분해하는 효소 발견 2022.06.1609:00 김민재 리포터
폴리머 PET 폴리머 PET는 이미 우리 생활에 없어서는 안 될 필수 요소로 자리매김해 광범위하게 사용되고 있다. 예를 들어 우리가 먹는 과일은 대부분 PET 용기에 포장돼 판매되고 있다. 문제는 PET 플라스틱 사용이 증가함에 따라 PET 쓰레기의 양도 점점 늘어나고 있다는 점이다.물론 재활용을 통해 플라스틱 쓰레기를 줄일 수 있지만 전체 플라스틱 중 10%도 안 되는 양만 재활용에 이용되고 있다. 또 자료에 따르면 전 세계에서 연간 생산되는 플라스틱 3억 5,900만 톤 중 절반에 해당하는 1억 5,000만~2억 톤이 매립지나 바다에 버려지거나 자연스럽게 그대로 쌓여 있는 것으로 나타났다.
폴리머 PET의 생분해는 인류가 해결해야 할 큰 숙제다. ⓒ ⓒ Jim Franco / Digital Vision / Getty Images
플라스틱 소각은 큰 비용이 들고 유해한 부산물이 나오기 때문에 생물학적 플라스틱 분해법이 널리 이용되고 있다. 하지만 플라스틱은 모두 분해하는 데 최소 수백년은 걸린다. 따라서 과학계에서는 PET를 어떻게 분해할 것인지, 또 PET를 분해하는 PETase를 어떻게 효율적으로 개발할 것인지가 큰 화제가 되고 있다.
플라스틱 용기에 표시되는 재활용 가능한 PET 플라스틱 표시, 숫자 1은 PET 플라스틱을 나타내며, 레진(resin: 유기 화합물 및 그 유도체로 이루어진 반고체 또는 고체)이 이용되었음을 나타낸다. ⓒ ⓒ raepak.com
PETase의 연구는 어디까지 왔을까.과학자들은 10여 년 전부터 PET 및 기타 플라스틱을 분해하는 미생물의 효소를 끊임없이 물색해왔다. 2012년 오사카 대학 연구진은 퇴비 더미에서 나뭇잎 퇴비 큐틴 분해효소(LLC:leaf-branch compostcutinase)라고 불리는 효소를 발견했는데, 상기 효소는 PET의 테레프탈레이트 및 에틸렌 글리콜의 결합을 천천히 절단하는 것으로 나타났다. 그러나 LLC는 65℃ 정도의 온도에서 폴리머로 전환돼 효소 본연의 능력을 잃어버리는 단점이 있다.
2016년 영국, 미국, 그리고 브라질 등에서도 플라스틱을 분해할 수 있는 PETase의 능력을 향상시키는 방법을 개발하고 있다. 연구진은 PETase의 3차원 구조를 밝히고 플라스틱 분해 능력을 향상시키기 위한 연구를 시도한 바 있다. 다른 효소와의 차이를 이해하고 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 PETase와 PET가 어떻게 결합하는지도 분자 차원에서 조사했다. 이를 통해 효소 활성 분위기에서 중요한 역할을 하는 2개의 아미노산을 찾아내고 분자생물학 기법으로 PETase 돌연변이체를 만들어 본래 PETase보다 플라스틱 분해에 뛰어난 효소를 개발한 바 있다.
2020년 4월 프랑스 친환경기업 까르비오는 10시간 내 PET를 90% 가까이 분해하는 세균성 변종효소 LLC 개발 상용화에 성공한 바 있다. 카르비오 연구진은 우선 10만여 종의 미생물 후보군 중 PET 분해 능력이 있는 것으로 알려진 여러 효소를 선별해 20시간 만에 최대 53%까지 분해할 수 있었던 LLC 원재료를 조작해 최고의 능력치를 발휘하는 효소로 개발하는 데 성공했다. 연구진 결과에 따르면 해당 효소는 기존 효소보다 거의 100배 가까이 높은 생산성을 보이는 것으로 알려졌다. 이후 LCC는 PET 분해에 관한 표준 효소로 자리 잡게 됐다.
2022년 5월에는 미국 텍사스대 연구진은 머신러닝 모델을 통해 플라스틱을 분해하는 효소 ‘FAST-페타제(PETase)’를 개발한 바 있다. 연구진에 따르면 이 새로운 효소는 50도 이하의 온도에서 수백 년이 걸리던 분해 기간을 최소 몇 시간에서 며칠로 단축시켰다. 연구를 이끈 헐 알파 교수(ProfHal Alper)는 이번에 개발된 새로운 변종효소는 쓰레기 매립장에 쌓여 있는 수십억 t의 플라스틱 폐기물 처리를 해결하는 데 큰 도움이 될 것이라고 설명했다.
독일 연구진-PET 초고속 분해 효소 발견 미국 텍사스 연구진의 결과가 공개된 비슷한 시기에 독일 라이프치히 과학자들도 PET(polyethyleneterephthalate)를 매우 빠르게 분해하는 효소를 발견해 큰 화제가 되고 있다.2022년 어느 날 독일 라이프치히대 연구진은 세계에서 가장 많이 생산되는 플라스틱인 PET 플라스틱을 분해할 수 있는 단백질 등의 효소를 찾기 위해 공동묘지의 퇴비더미를 찾고 있었다. 기발한 연구를 이끈 크리스티안 존넨데커 박사(Dr. Christian Sonnendecker)와 그의 연구팀은 이를 통해 이전에 본 적이 없는 7가지 효소를 발견한 바 있다.
PET를 분해한 PHL7 효소 ⓒ 크리스천 존넨데커 박사
LCC보다 빠른 연구팀은 이들의 발견이 우연이 아님을 확인하기 위해 PHL7을 LCC와 비교하고 두 효소의 플라스틱 용기 분해 능력을 조사하기 시작했다. 연구팀은 PET 분해에 관해 PHL7이 LCC보다 빠르다는 것을 확인하고 이들의 연구를 세상에 알렸다.LCC는 분명 좋은 효소지만 PET를 분해하는 데 여전히 수일이 걸리고 반응이 매우 높은 온도에서 일어나야 한다는 단점이 있다. 따라서 LCC와 비교해 PHL7 분해 능력이 좋다는 사실은 이미 표준효소로 자리매김한 LCC 자리를 PHL7이 대체할 가능성이 높다는 것을 시사한다. 매우 긍정적인 점은 위의 상용 기술을 이용해 PET를 대규모로 분해하는 기술이 약 4년 안에 준비될 수 있다는 점이다.그러나 존 넨데커 박사의 연구에도 여전히 한계점은 존재한다. PHL7을 통해 식료품점에서 볼 수 있는 포도용기와 같은 PET는 매우 빠르게 분해되지만 플라스틱 청량음료병은 분해할 수 없다. 음료수병에 사용되는 PET는 화학적으로 변형된 상태여서 생분해가 더 어렵기 때문이다. 이는 PHL7 상용화 이전까지 연구진이 해결해야 할 숙제이기도 하다.김민재 리포터 [email protected] 저작권자 2022.06.16 ⓒ ScienceTimes
#LCC #PET #PHL7 #분해 #쓰레기 #재활용 #폴리머 #에코 #펫 #폴리머 #플라스틱 #효소
출처 : https://www.sciencetimes.co.kr/news/%ED%94%8C%EB%9D%BC%EC%8A%A4%ED%8B%B1-%ED%8F%AC%EC%9E%A5%EB%8F%84-%EB%B9%A0%EB%A5%B4%EA%B2%8C-%EB%B6%84%ED%95%B4-%EA%B0%80%EB%8A%A5%ED%95%98%EB%8B%A4/?cat=134 플라스틱 포장도 빠르게 분해할 수 있는가? 라이프치히 연구진, PET를 빠르게 분해하는 효소 발견 2022.06.1609:00 김민재 리포터 찜프린트 축소 확대 폴리머 PET 폴리머 PET는 이미 우리 생활에 없어서는 안 될 필수 요소로 자리매김해 광범위하게 사용되고 있다. 예를 들어 우리가 먹는 과일은 대부분 PET 용기에 포장돼 판매되고 있다. 문제는 PET 플라스틱 사용이 증가함에 따라 PET 쓰레기의 양도 점점 늘어나고 있다는 점이다. 물론 재활용을 통해 플라스틱 쓰레기를 줄일 수 있지만 전체 플라스틱의 10%나… www.sciencetimes.co.kr
#의정부엠베스트학원 #의정부과학원 #의정부수학원 #의정부학원 #신곡동엠베스트학원 #신곡동수학원 #의정부 #엠베스트 #과학 #수학 #학원 #퀀텀학원