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이웃집과학자

곤충 몸에서 플라스틱 생분해 박테리아 발견

By 이웃집과학자

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학부생들이 주축이 된 연구팀이 곤충의 체내에서 플라스틱 생분해 박테리아를 발견했습니다. 향후 환경오염 해결을 위한 플라스틱 생분해 연구의 기폭제 역할로 기대됩니다.


플라스틱을 섭취하는 슈퍼웜(좌) 플라스틱 분해 박테리아(가운데) 플라스틱 분해 효소 후보(우).

출처DGIST

DGIST 기초학부 김대환 교수와 김홍래, 이현민, 유희철, 전은빈 학생이 아메리카왕거저리의 유충인 슈퍼웜의 체내에서 폴리스틸렌을 생분해하는 박테리아를 최초로 발견했습니다. 이번 연구는 <Environmental Science & Technology>에 게재됐습니다. 

  • 폴리스틸렌(polystyrene,PS)

열가소성 플라스틱의 하나로 가공이 쉽고 가볍고, 맛과 냄새가 없습니다. 가격이 저렴해 생활용품, 각종용기, 포장재 등 다양하게 쓰입니다. 그러나 내열성이 60~90도로 낮기 때문에 뜨거운 것에 닿으면 쉽게 녹아 환경호르몬 물질이 발생합니다.


슈도모나스 박테리아, 폴리스틸렌 분해

불과 150년 전부터 존재하기 시작한 플라스틱은 인류의 삶을 편리하게 바꿔 놓았지만 전 세계적으로 연간 800만 톤 이상의 플라스틱 폐기물이 해양에 유출되어 생태계를 위협하고 있습니다. 플라스틱은 자연 상태에서 분해속도가 매우 느리기 때문에 플라스틱을 생분해하기 위한 연구가 활발히 진행 중입니다.


바다에 둥둥 떠다니는 플라스틱

출처instagram/noaaocean

이에 연구팀은 기존에 플라스틱 소화 능력이 잘 알려지지 않았던 슈퍼웜에 주목해 연구를 진행했습니다. 먼저 플라스틱 이외의 영양원이 없는 배양기에서 슈퍼웜의 장액을 배양해 장액 내 플라스틱 분해 박테리아 후보를 선별했습니다. 그리고 플라스틱에서의 증식여부와 화학적 변화를 지속적으로 관찰하며 플라스틱 분해 박테리아인 '슈도모나스(Pseudomanas sp.)'를 발견했습니다.


슈도모나스 박테리아는 특히 분해가 어려운 플라스틱 종류인 폴리스틸렌을 분해할 수 있었는데요. 슈도모나스 내 효소 중 하나인 세린계 가수분해효소(Serine Hydrolase)가 플라스틱 생분해와 연관이 있음을 최초로 제시했습니다. 이를 규명하고자 효소의 억제제를 여러 농도에서 처리하면서 억제제의 농도가 높을수록 박테리아의 증식과 플라스틱의 분해가 저해됨을 관찰할 수 있었습니다. 또한 소화된 플라스틱 대사물질의 대사 경로를 추론 및 분석하기 위해 다양한 분광학적 기법을 이용했습니다.


관련사진1. DGIST 기초학부 김대환 교수(가운데 앞)와 학부생들(왼쪽부터 유희철, 전은빈, 김홍래, 이현민 학생).

출처DIGST


이번 연구는 DGIST 학부 커리큘럼의 일환인 '학부생 공동연구프로젝트(UGRP)'를 통해 일군 성과이기에 더욱 의미가 깊습니다. 연구를 지도한 기초학부 김대환 교수는 "앞으로 플라스틱 분해 효소의 발견 및 개량을 지속적으로 진행한다면 궁극적으로 플라스틱 문제 해결에 다다를 수 있을 것"이라며 "아직까지 세계적으로 플라스틱의 생분해 연구가 초기 단계인 만큼, 이번 연구를 통해 기폭제 역할이 되기를 기대한다"고 말했습니다.


##참고자료##

  • Kim, Hong Rae, et al. "Biodegradation of Polystyrene by Pseudomonas sp. Isolated from the Gut of Superworms (Larvae of Zophobas atratus)." Environmental Science & Technology (2020). 


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