사람 잡는 미세플라스틱 곤충 체내 박테리아로 잡는다

DGIST 김대환 교수와 학부생 연구성과

플라스틱을 생분해하는 박테리아 발견해

슈퍼웜에 기생한 '슈도모나스'로 실험하니

세린계 가수분해효소로 폴리스틸렌 분해돼

슈퍼웜(왼쪽)의 장에서 발견한 박테리아 ‘슈도모나스’(가운데)가 폴리스틸렌을 생분해하는 모습. 맨 오른쪽 사진은 슈도모나스가 생성하는 세린계 가수분해효소의 농도를 조절해 플라스틱 생분해 효과를 관찰한 자료다. /자료제공=DGIST

국내 연구진이 플라스틱을 생분해하는 박테리아를 세계 최초로 곤충 체내에서 발견했다. 환경을 오염시키고 사람과 동물의 모세혈관까지 파고든 플라스틱 폐기물 문제 해결에 단서가 될 지 기대된다.

대구경북과학기술원(DGIST)는 본원 학부생 중심의 연구팀이 아메라카왕거저리 유충 ‘슈퍼웜’ 체내에서 폴리스틸렌을 생분해하는 박테리아를 세계 최초로 발견했다고 3일 밝혔다. 박테리아명은 ‘슈도모나스 (Pseudomanas sp.)’다. DGIST 기초학부의 김대환 교수와 김홍래·이현민·유희철·전은빈 학생이 이번 발견을 이뤄낸 주인공이다.

폴리스틸렌은 플라스틱 중에서도 매우 분해가 어려운 소재로 꼽힌다. 김 교수 연구팀은 슈도모나스 박테리아는 세린계 가수분해효소를 생성해 폴리스틸렌을 분해한다는 사실을 규명했다. 김 교수팀은 플라스틱 이외의 영양원이 없는 배양기에서 슈퍼웜의 장액을 배양해 장액 내 플라스틱 분해 박테리아 후보를 선별했다. 이어서 플라스틱에서의 증식여부와 화학적 변화를 지속 관찰했다. 이를 통해 슈도모나스를 발견하는 데 성공했다. 이번 연구에선 해당 효소에 대한 억제제를 여러 농도로 처리하는 실험도 진행됐다. 그 결과 억제제의 농도가 높을수록 박테리아의 증식과 플라스틱의 분해가 저해됨을 관찰할 수 있었다. 김 교수팀은 여러 분광학 기법을 활용해 소화된 플라스틱 대사물질의 대사 경로도 분석했다.

플라스틱 생분해 효소를 슈퍼웜 체내의 박테리아로부터 발견한 김대환(가운데) DGIST교수와 연구진/사진제공=DGIST

현재 전세계적으로 배출되는 플라스틱 폐기물중 연간 800만톤이 해양에 유출된다. 이는 그 자체로도 환경과 경관을 훼손하지만 무엇보다도 미세플라스틱으로 쪼개진 뒤 플랑크톤 및 어패류 등에 섭취돼 최종적으로는 어패류를 식단을 삼는 인간의 체내 미세혈관 및 세포조직에까지 침투한다.

김 교수는 “앞으로 플라스틱 분해 효소의 발견 및 개량을 지속적으로 진행한다면 궁극적으로 플라스틱 문제 해결에 다다를 수 있을 것”이라고 밝혔다. 또한 “아직까지 세계적으로 플라스틱의 생분해 연구가 초기 단계인 만큼, 이번 연구를 통해 기폭제 역할이 되기를 기대한다”고 연구성과의 의의를 소개했다. DGIST는 “이번 연구는 DGIST 학부 커리큘럼의 일환인 ‘학부생 공동연구프로젝트(UGRP)’를 통해 일군 성과이기에 더욱 의미가 깊다”고 설명했다.

이번 연구에는 DGIST 이석규 뇌·인지과학전공 교수와 광주과학기술원(GIST)의 지아오지에 리(Jiaojie Li) 화학과 교수가 공동 참여했다.연구지원은 CJ제일제당 주최 ‘CJ블로썸 아이디어랩’사업과 DGIST를 통해 이뤄졌다.

연구 내용은 지난 5월 6일 환경과학분야의 저명한 국제학술지인‘환경과학기술(Environmental Science & Technology)’온라인판에 게재됐다. 미국화학회(ACS)의‘Weekly PressPac’에도 선정되기도 했다. /민병권기자 [e-mail]