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플라스틱 쓰레기를 인공 거미줄로 만드는 박테리아

 


(Silk proteins generated by bacteria engineered to convert polyethylene into this multipurpose material. Credit: Rensselaer Polytechnic Institute)

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우리가 매일 사용하는 투명 플라스틱 병이나 비닐 봉투를 만들 때 사용하는 폴리에틸렌 플라스틱은 매우 편리한 도구이지만, 엄청난 쓰레기를 만드는 원인이기도 합니다. 잘 썩지도 않고 재활용도 힘든 폴리에틸렌 쓰레기는 대부분 소각하는 수밖에 없습니다. 따라서 과학자들은 폴리에틸렌을 대체할 수 있는 친환경 소재를 개발하거나 혹은 폴리에틸렌을 다른 유용한 물질로 바꾸는 연구에 집중했습니다.

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미국 렌셀러 공대 (Rensselaer Polytechnic Institute)의 헬렌 자 교수 (Helen Zha, Ph.D., an assistant professor of chemical and biological engineering)가 이끄는 연구팀은 박테리아를 이용해서 폴리에틸렌을 분해하고 그 부산물로 유용한 물질을 만드는 연구를 진행했습니다.

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연구팀이 선택한 박테리아는 의외로 녹농균 (Pseudomonas aeruginosa)이었습니다. 녹농균은 병원성 세균으로 유명합니다. 따라서 대부분의 과학자들이 어떻게 하면 녹농균을 효과적으로 없앨 수 있는지 연구해왔습니다. 하지만 녹농균의 잘 알려지지 않은 특징 중 하나는 폴리에틸렌을 분해할 수 있는 능력을 지닌 세균이라는 것입니다.

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녹농균은 토양에 흔한 세균 중 하나이지만, 비닐백이나 투명 플라스틱 음료수 병은 쉽게 분해되지 않습니다. 질기고 단단한 플라스틱 제품은 세균이 먹기에 적합하지 않은 형태이기 때문입니다. 따라서 연구팀은 우선 폴리에틸렌을 녹농균이 먹기 편하게 고온 고압 환경에서 전처리를 해서 말랑말랑한 왁스 같은 형태로 만들었습니다. 그런 다음 폴리에틸렌 왁스를 바닥에 깔고 그 위에 녹농균을 배양했습니다.

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연구팀은 업사이클링을 위해 녹농균에 거미줄 단백질을 만드는 유전자를 삽입했습니다. 그 결과 이 녹농균은 폴리에틸렌 가공물을 발효시켜 거미줄 단백질을 생산했습니다. 연구팀은 72시간 동안 녹농균을 배양한 후 여기서 거미줄 단백질을 추출해 위와 같은 솜 같은 형태로 재생산했습니다. 거미줄 섬유나 기타 다른 물질을 만들 수 있는 업사이클링 가공물을 만든 것입니다. 물론 어떤 유전자를 삽입하느냐에 따라 다른 물질을 생산할수도 있습니다.

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물론 이런 연구는 상업적인 규모로 키울 수 있는지, 경제적으로 생산이 가능한지가 관건이라고 할 수 있습니다. 앞으로 녹농균이 플라스틱 업사이클링 돕는 착한 세균으로 거듭날 수 있을지 궁금합니다.

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참고

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https://phys.org/news/2024-01-bacteria-plastic-multipurpose-spider-silk.html

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Alexander Connor et al, Two-step conversion of polyethylene into recombinant proteins using a microbial platform, Microbial Cell Factories (2023). DOI: 10.1186/s12934-023-02220-0

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