3분 읽기
플라스틱 먹는 미생물 이데오넬라 사카이엔시스(Ideonella sakaiensis)에서 추출한 두가지 효소 결합. PET 분해 속도 6배 빨라, 혼합폐기물 재활용 가능케해.

플라스틱 폐기물에 대한 이중-효소
결합된 박테리아 효소는 미생물보다 최대 6배 빠르게 PET를 분해한다.

플라스틱 홍수에 대한 자연적인 도우미 :
연구원들이 플라스틱을 먹는 미생물 이데오넬라 사카이엔시스(Ideonella sakaiensis)에서 추출한 두 가지 효소를 결합해 PET 플라스틱을 보다 효과적으로 분해했다. 결합으로 연결된 효소는 PET를 미생물보다 6배 빠르게 분해 할 수 있다. 이러한 효소 칵테일은 플라스틱 폐기물을 생화학적으로 제거할 수 있어 혼합 플라스틱 폐기물 재활용을 가능하게 한다.

▲ 페트병 및 기타 플라스틱 폐기물은 결국 우리 환경에서 발생한다. 효소 칵테일이 도움이 될 수 있다.

플라스틱은 바다에서 떠다니고, 토양과 퇴적물에 쌓이고 심지어 우리 몸에 미세 플라스틱으로도 들어온다. 플라스틱은 오랫동안 어디에나 있으며 그 상태도 장기간 유지된다. 석유로 만든 폴리머는 생분해성이 거의 없기 때문에 환경에서 제거하기 어렵다.

2016년에 연구자들은 플라스틱을 먹는 박테리아를 처음으로 발견했다.
Ideonella sakaiensis는 두 가지 효소의 도움으로 플라스틱 PET를 기본 구성 요소로 분해할 수 있다.

그 이후로 연구자들은 이미 이 미생물의 첫 번째 효소인 PETase를 철저히 분석해 효율성을 두 배로 높이고 규조류를 장착해 바다의 미세 플라스틱을 분해 할 수 있다.
PETase만으로 PET의 분해하는 것이 PET를 대규모로 효소 분해할 만큼 효과적이고 빠르지 않다.

두 번째 효소

이것이 콜로라도에 있는 국립 재생 에너지 연구소의 브렌든 크노트(Brandon Knott)가 이끄는 연구자들이 최근 미생물 이데오넬라(Ideonella)의 두 번째 효소를 면밀히 조사한 이유다. PETase가 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 더 작은 테레프탈레이트 조각으로 분해하는 동안 MHETase는 다음 단계를 수행한다.

테레프탈레이트-조각은 테레프탈산(TPA)과 에틸렌글리콜로 변환한다.
이러한 기본 구성은 추가로 분해되거나 새로운 플라스틱의 원료로 사용될 수 있다.

실험에서 연구자들은 먼저 PET에 있는 두 가지 미생물 효소를 모두 제거했다.
그들은 MHETase가 PETase의 준비 작업 없이는 플라스틱을 더 이상 분해할 수 없다는 것을 발견했다. 그러나 두 가지를 혼합하면 PET 분해가 PETase 단독보다 두 배 빠르다.
그런 다음 과학자들은 한 걸음 더 나아갔다.
"우리는 두 효소를 물리적으로 연결하기로 결정했다. 마치 끈으로 연결된 두 개의 Pac-Man처럼" 포츠머스 대학의 공동 저자 존 맥기한(John McGeehan)이 설명했다.

미생물보다 6배 빠름

이를 위해 연구진은 먼저 전자 싱크로트론에서 나오는 집중된 X-선 빛을 사용하여 MHETase의 구조를 원자 수준까지 매핑했다. 이를 통해 분자의 어느 부분이 이 효소의 분해 활성에 결정적인지, 그리고 PETase에 결합이 가능한지에 대한 결론을 도출할 수 있었다.
그런 다음 두 효소를 공유 결합으로 연결하고 이 이중 효소가 PET를 얼마나 효과적으로 분해하는지 테스트했다.

▲ 연결된 효소 MHTase 와 PETase. © Rosie Graham

결과 :
"우리의 새로운 *키메라 효소가 두 개의 개별 효소보다 최대 3배 더 빠르게 작동한다는 사실에 감격했다"고 McGeehan은 말한다. “이는 추가 최적화를 위한 새로운 길을 열어준다.”
PETase가 이미 실험실에서 최적화되어 천연 제품보다 두 배 더 빠르게 작동하도록 추가하면 분해 속도는 미생물보다 6배 더 빠르다.
*키메라: 한 개체에 유전자형이 다른 조직이 서로 겹쳐 있는 유전 현상 또는 서로 다른 종끼리의 결합으로 새로운 종을 만들어 내는 유전학적인 기술

재활용 보조제로서의 효소 칵테일

연구자들에 따르면 자연에서 추출한 효소 칵테일과 효소 키메라는 미래에 플라스틱 폐기물을 분해하고 플라스틱의 환경 영향을 줄이는 데 도움이 될 수 있다.
여러 효소의 조합은 또한 분류되지 않은 플라스틱 폐기물의 재활용 문제를 해결할 수 있다. 지금까지 이러한 플라스틱 혼합물은 분리가 거의 불가능 하기 때문에 새로운 고품질 플라스틱으로 만들 수 없다.

특수 효소 칵테일이 이러한 분리 작업을 대신 할 수 있으므로 재료 재활용이 가능하다.
Knott와 그의 동료들은 “첨단 효소 혼합물을 사용하여 혼합 플라스틱 폐기물에서 합성 고분자를 분해하는 개념은 PET 이상의 흥미로운 가능성을 열어준다.
다른 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리우레탄 또는 셀룰로오스 블렌드도 기본 구성 요소로 분해돼 재활용될 수 있기 때문이다.
(Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020; doi: 10.1073/pnas.2006753117)
출처: University of Portsmouth

[더사이언스플러스=문광주 기자] "Green Soul, Beautiful Science" 

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]