플라스틱 이틀만에 분해하는 혁신적 '변이 효소' 등장
플라스틱 이틀만에 분해하는 혁신적 '변이 효소' 등장
  • 김정은 기자
  • 승인 2022.05.20 13:03
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ⓒ데일리포스트=이미지 제공/UTA 연구팀

[데일리포스트=김정은 기자] 플라스틱은 일반적으로 석유를 원료로 만들어진 합성수지로 물에 강하고 부식되기 어려운 성질을 가진다. 이러한 특성 때문에 공산품과 포장 등 다양한 분야에서 이용되고 있지만 분해가 어려워 환경에 미치는 영향이 막대하다. 

플라스틱은 세계 폐기물의 약 12%를 차지하고 있으며 매립지와 자연환경에 폐기된 수십억 톤의 플라스틱 폐기물로 인한 토양과 해양오염은 날로 심각해지고 있다. 

이러한 플라스틱 폐기물 문제를 해결하기 위해 미국 오스틴 텍사스 대학(University of Texas at Austin, UTA) 할 알퍼(Hal Alper) 교수 연구팀은 머신러닝을 통해 원래라면 분해하는 데 수백 년의 시간이 걸리는 플라스틱을 불과 몇 시간~며칠 만에 분해하는 효소를 개발했다.

연구 결과는 국제학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다. 

ⓒ데일리포스트=이미지 제공/Nature

아래가 연구팀이 개발한 '플라스틱을 빠르게 분해하는 효소'에 대한 해설 영상이다.

연구팀이 개발한 효소는 플라스틱을 구성하는 고분자(폴리머) 형태의 플라스틱을 모노머(단량체)로 빠르게 분해해 재활용이 쉬운 상태로 만드는 것이다.

이 효소를 사용하면, 아래와 같은 플라스틱이 불과 48시간 만에 완전히 분해된다.

ⓒ데일리포스트=이미지 제공/UTA 연구팀

연구팀은 새로운 효소 개발 과정에서 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 분해하는 것으로 알려진 페타제(PETase)라는 천연효소의 변이를 머신러닝 모델로 생성해 어떤 변이가 플라스틱을 저온에서 빠르게 분해할 수 있는지를 예측했다. 

머신러닝 모델예측에 따라 설계된 새로운 효소의 명칭은 'FAST-PETase(functional, active, stable and tolerant PETase/)'이며 연구팀은 51종의 플라스틱 용기 및 5종의 섬유, 페트병 등으로 FAST-PETase 효과를 실험했다.

그 결과, FAST-PETase는 불과 며칠 만에 플라스틱을 완전히 분해할 수 있는 것으로 확인됐다. 또 FAST-PETase는 플라스틱을 재활용하는 기존의 여러 공업 프로세스와 달리 섭씨 50도 미만의 저온의 적은 에너지로 가능하다. 

ⓒ데일리포스트=이미지 제공/UTA 연구팀

머신러닝 모델개발을 담당한 엔드류 엘링턴(Andrew Ellington) 분자생물학 교수는 "이 연구는 합성생물학·화학공학·인공지능 등 다양한 분야의 융합이 내포한 가능성을 명확하게 시사하고 있다"고 언급했다. 

연구팀은 향후 용도 확대를 위해 효소 생산을 확대할 예정이며 기술 특허를 출원한 것으로 알려졌다. 매립지의 플라스틱 분해뿐만 아니라 자연환경 속에 버려진 플라스틱 분해에도 초점을 맞춰 연구팀은 몇 가지 방법을 검토 중이다. 

연구를 이끈 알퍼 교수는 "우리의 최첨단 재활용 과정을 활용할 수 있는 분야는 업계를 막론하고 무한히 존재한다. 지속 가능한 효소 분해를 통해 진정한 순환형 플라스틱 경제를 구상할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다. 



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