기술동향
[KRIBB focus 9호] 페트병 분해하는 식물 플랑크톤 개발
- 등록일2021-04-27
- 조회수4885
- 분류기술동향
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자료발간일
2021-04-27
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출처
한국생명공학연구원
- 원문링크
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키워드
#페트병 분해#식물 플랑크톤 개발#환경문제#한국생명공학연구원
- 첨부파일
KRIBB_Focus_09.pdf
[KRIBB focus 09] Biology for sustainable world
◈ 목차
논단
환경을 지키는 생명과학, 인류를 지키는 생명과학
커버스토리
Biology for Sustainable World
어떤 종류의 대기오염에도 대비한다.
환경의 위협으로부터 생명을 지키는 생명연의 연구자들
INSIDE KRIBB
리서치 하이라이트
페트병 분해하는 식물 플랑크톤 개발
환경 유해물질을 분해하는 단백질의 작용 원리 밝혀내다
과학으로 환경보전과 미래 인류 건강 보호할 해법 찾는다.
안전을 위한 규제와 자요로운 연구 사이에서
우수연구원 인터뷰
기후변화로 인한 식량위기 시대, 신품종 개발로 돌파환다
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◈ 본문
플라스틱 연쇄 오염 및 생물 농축 차단에 큰 기여를 할 것
한국생명공학연구원 세포공장연구센터 이용재, 김희식 박사팀이 유전자 형질전환을 통해 플라스틱 분해효소를 발현해 페트병을 분해하는 식물플랑크톤을 개발하는 데 성공했다. 이를 이용하면 앞으로 수생 생태계에서 일어나는 플라스틱 연쇄 오염의 고리를 차단해 생물농축을 막을 수 있다.
플라스틱을 무분별하게 사용함으로써 2014년 기준 약 23만 6000여 톤의 미세플라스틱이 해양 및 수생 생태계를 떠다니고 있다. 그런데 어패류 등의 수생 생명체는 미세플라스틱을 먹이로 오인하여 섭취하는 경향이 있어 먹이사슬을 통해 플라스틱 생물농축이 일어날 우려가 있고 이는 장기적으로 인간의 건강에도 악영향을 미칠 수 있다. 대표적인 예로 중금속은 초기에는 자연계에 아주 낮은 농도로 분포하더라도 먹이사슬을 거쳐 축적돼 사람에게 치명적인 농도로 작용할 수 있다. 따라서 미세플라스틱으로 발생하는 생태계 오염 문제는 바이오 분야의 핵심 문제로 부상했다.
전 세계에 연구진들은 미세플라스틱을 친환경적으로 해결하는 방법을 찾고자 골몰하고 있다. 2016년에는 해외 연구진이 ‘Ideonella sakaiensis 201-F6’ 이라는 세균이 페트병을 분해해 탄소원으로 활용한다는 사실을 보고했다. 이를 통해 미생물을 플라스틱 분해에 활용하는 연구 사례가 다수 등장했다.
하지만 생명연의 이번 연구는 식물플랑크톤인 녹색 미세조류를 페트병을 분해하는 효소를 만들도록 형질전환했다는 점에서 단연 돋보인다. 연구진은 ‘Chlamydomonas reinhardtii’라는 가장 대표적인 녹색 미세조류가 플라스틱 분해 효소(PETase)를 만들 수 있도록 기존에 밝혀진 효소 유전자를 합성했다.
합성한 유전자를 2종의 미세조류인 C. reinhardtii CC-124, CC-503의 플라스미드에 삽입해 효소 발현 효율을 비교한 결과 CC-124에서 페트 분해 효소가 과발현되는 것을 확인했다.
다음으로 페트 분해효소를 가장 잘 발현하는 CC-124 형질전환체를 선별해 해당 플랑크톤의 용해물과 시판되고 있는 음료수 페트병 샘플을 섞어 항온보관했다. 그러자 시간이 지남에 따라 페트가 중간체인 비스-2-히드록시에틸테레프탈레이트(BHET)를 거쳐 테레프탈산(TPA)로 분해되는 것을 확인했다. 게다가 페트병 샘플의 표면을 TEM 전자현미경으로 관찰하여 PET 분해효소를 발현하는 CC-124 플랑크톤이 페트병을 분해하는 것까지 볼 수 있었다.
이번 연구를 통해 페트 분해효소를 식물 플랑크톤인 녹색 미세조류에 발현시켜 시판되고 있는 페트병을 완전한 단량체 형태로 분해할 수 있다는 사실을 발견했다. 녹색 미세조류가 수생 생태계의 1차 생산자임과 동시에 친환경적 특성을 가지고 있다는 점에서 플라스틱 오염 문제를 해결하는데 중요한 실마리를 제공한 것이다. 식물플랑크톤은 수생 생태계에서 1차 생산자로서 빛으로부터 포도당과 같은 영양분을 합성해 전체 먹이사슬에 공급하는 역할을 담당한다. 따라서 플라스틱을 분해하는 식물플랑크톤은 미세플라스틱에 의한 수생 생태계의 연쇄 오염을 원천적으로 예방하고 먹이사슬을 통한 플라스틱 생물농축을 차단할 수 있다.
연구책임자인 김희식 박사는 “이 기술은 플라스틱에 의한 환경오염을 해결할 수 있는 새로운 패러다임을 제시했다”라고 말하며 “먹이사슬을 통한 미세플라스틱의 생물 농축을 원천적으로 차단할 수 있는 기술의 실마리를 제공함으로써 추가적인 연구를 통해 자연복원, 수산양식 등 다양한 분야에 널리 활용될 수 있을 것”이라고 전망했다.
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