전남대 염수진 교수 공동연구팀, 난분해성 플라스틱 산화 신규 효소 발견
매립장 토양서 신규 미생물 발굴… 농업용 필름서도 효소의 산화 확인
전남대학교(총장 이근배)는 생명과학기술학부 염수진 교수(탄소중립대응합성생물학연구소장)·박춘구 교수와 고분자융합소재공학부 지원석 교수, 미국 National Laboratory of the Rockies 연구소의 Gregg T. Beckham 박사 공동연구팀이 폴리에틸렌 분해 신규 미생물 및 산화 효소를 발굴했다고 25일 밝혔다.
이번 연구에는 전남대 탄소중립대응합성생물학연구소 윤승도 박사(현: KAIST InnoCORE 인공세포 기반 바이오 제조 혁신 연구단), 생물과학·생명기술학과 김성민 박사(26.09.01 KAIST InnoCORE 인공세포 기반 바이오 제조 혁신 연구단 임용) 그리고 고분자공학과 안성진 연구원이 공동 제1저자로 참여했으며, 연구 결과는 국제학술지 Chemical Engineering Journal (Impact Factor 12.5, JCR 상위 4%)에 8월 게재됐다.
해당 국제학술지에 게재된 논문명은 “A multicopper oxidase from Paenibacillus polyethylenelyticus JNU01 oxidizes polyethylene” 이다.
폴리에틸렌은 비닐봉투와 포장재, 농업용 필름 등에 폭넓게 쓰이는 대표적인 플라스틱이다. 안정한 탄소 사슬 구조로 이루어져 자연에 버려지면 좀처럼 분해되지 않는데, 미생물과 효소가 이 견고한 사슬을 어떻게 끊어내는지는 아직 명확하게 밝혀지지 않았다.
연구팀은 광주광역시 위생매립장 토양에서 폴리에틸렌을 유일한 탄소원으로 이용해 성장하는 신규 미생물 패니바실러스 폴리에틸렌라이티쿠스 JNU01(Paenibacillus polyethylenelyticus JNU01)을 발굴했다. 이어 해당 미생물의 유전체와 전사체를 함께 분석해, 폴리에틸렌 산화에 관여하는 다중구리산화효소 PpMmcO를 찾아냈다.
연구팀은 이 효소를 실험용 폴리에틸렌과 실제 농업용 하우스 필름에 적용해 화학적·물리적 변화를 확인했으며, 이를 통해 PpMmcO가 쉽게 분해되지 않는 폴리에틸렌의 초기 산화를 유도하는 효소임을 규명하고, 해당 효소에 의한 폴리에틸렌 산화 메커니즘을 제안했다.
연구팀은 이번 연구가 아직 명확히 밝혀지지 않은 폴리에틸렌의 생물학적 분해 과정을 이해하고, 향후 친환경 플라스틱 처리 기술을 개발하는 데 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.
연구책임자인 염수진 교수는 “이번 연구는 폴리에틸렌을 이용해 성장하는 신규 미생물에서 실제 폴리에틸렌의 초기 산화에 관여하는 효소를 발굴하고 그 기능을 확인했다는 데 의미가 있다”며 “향후 효소의 성능을 향상시키고 다양한 분해 효소와 연계해 친환경적인 폐플라스틱 처리 기술로 발전시킬 계획”이라고 말했다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 합성생물학 핵심기술개발사업의 ‘비모델 유용균주용 유전자 회로 설계 및 제작 혁신기술 개발’ 과제, 바이오·의료기술개발 사업의 ‘난분해 탄화수소 맞춤형 효소-광촉매 하이브리드 생물전환 기술 개발’ 과제, 그리고 석유대체친환경화학기술개발 사업의 ‘차세대 바이오리파이너리를 위한 효소공학 기술 개발’ 과제의 지원을 받아 수행됐다.
