열에 강한 플라스틱, 미생물로 생산…약물 전달에 활용

국내 연구진이 석유 대신 미생물을 사용해 열에 강한 플라스틱을 만들었다. 석유 기반의 플라스틱 산업을 미생물로 대체할 실마리를 찾았다는 평가다.

이상엽 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 특훈교수 연구진은 미생물로 고리형 구조를 포함한 고분자를 만드는 데 최초로 성공했다고 22일 밝혔다. 연구 결과는 이날 국제 학술지 셀(Cell)의 자매지 ‘트렌드 인 바이오테크놀로지(Trends in Biotechnology)’에 게재됐다.

포장 또는 산업용으로 사용되는 폴리스타이렌, PET와 같은 플라스틱은 탄소로 이뤄진 고리 구조를 포함한다. 고리 구조를 포함한 고분자는 플라스틱을 단단하게 하고, 열 안정성을 높이는 데 사용된다. 하지만 이런 분자들은 독성을 띠어 미생물로 합성할 수 없었다. 플라스틱을 만드는 미생물로는 대장균을 사용한다.

연구진은 이를 해결하기 위해 대장균이 고분자의 구성 요소를 만들어 축적할 수 있도록 새로운 대사 경로를 구축했다. 미생물이 고분자를 이루는 단위체를 만들고, 이를 조립해 고분자를 만들도록 한 것이다. 연구진은 컴퓨터 시뮬레이션을 사용해 효율적으로 고분자를 만들 수 있는 효소를 설계했다. 이상엽 교수는 “자연에서 발견되는 어떤 효소보다도 효율적으로 고분자를 합성할 수 있다”고 설명했다.

이렇게 얻어진 플라스틱은 생분해성을 가지고 있었다. 약물 전달체와 같은 생물의학적 응용 분야에 사용할 수 있다는 뜻이다. 연구진은 미생물의 대사 경로와 효소를 최적화해 1L(리터)당 12.3g의 고분자를 생산할 수 있었다. 후속 연구를 통해 생산량을 1L당 100g으로 늘리고 상용화를 진행할 계획이다.

이번 연구를 이끈 이상엽 교수는 미생물을 이용한 합성 생물학의 권위자다. 이 교수는 “미생물을 이용한 제조가 기후 변화와 글로벌 플라스틱 위기를 완화하는 데 핵심이 될 거라 본다”며 “이를 촉진하기 위해 국제적으로 협력해야 미래에 더 나은 환경을 보장할 수 있다”고 밝혔다.

참고 자료

Trends in Biotechnology(2024), DOI: https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2024.06.001

열에 강한 플라스틱, 미생물로 생산…약물 전달에 활용, 사이언스조선, 2024년 08월 22일 입력, 

https://biz.chosun.com/science-chosun/science/2024/08/22/QUVFK7DBLNAATE6TVESWUUC4WY/