'생분해성 플라스틱'은 소재별로 썩는 양상이 다르다. 한국과학기술원(KAIST·총장 배충식) 연구진 이 차이를 확인하고, 분해에 관여할 미생물과 효소 후보를 찾아냈다. 새로운 플라스틱 분해 기술 개발에 기초자료가 될 전망이다.
KAIST는 명재욱 건설 및 환경공학과 교수팀이 이창수 울산과학기술원(UNIST) 교수팀과 함께 산소가 없는 매립지 침출수에서 생분해성 플라스틱이 얼마나 분해되는지, 관련 미생물은 어떤 활동을 하는지 분석했다고 10일 밝혔다.
연구팀은 생분해성 플라스틱인 폴리하이드록시부티레이트(PHB), 폴리락트산(PLA), 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)를 매립지 침출수에 넣고, 산소가 없는 35도 환경에서 최대 320일 배양했다.
분해 정도는 플라스틱 속 탄소가 메탄과 이산화탄소 등의 기체로 바뀐 비율인 '무기화율'로 평가했는데, PHB는 17일 만에 무기화율 99.9%에 도달했다. PLA는 초기 약 20일간 분해가 지연됐지만 이후 서서히 분해돼 320일 후 83.6%를 기록했다.
반면 PBAT는 320일 후에도 2.7%에 그쳤고, 일반 플라스틱인 LDPE는 0.4%였다. 같은 조건에서도 소재별 분해 결과가 크게 달랐다.
연구팀은 플라스틱에 붙은 미생물이 실제로 어떤 활동을 하는지도 살펴봤다. 미생물의 DNA를 분석하는 '메타게놈'과 RNA를 분석하는 '메타전사체' 기법을 함께 활용했다.
분석 결과, 복원한 미생물 유전체 238개 중 118개에서 PHB 또는 PLA 분해효소 후보 유전자가 발견됐다. 이 가운데 해당 유전자가 실제로 작동한 흔적이 확인된 유전체는 49개였다. 분해 관련 유전자를 가지고 있어도 모두 사용하는 것은 아니라는 뜻이다.
이러한 유전자 활동은 주변 침출수보다 플라스틱 표면의 바이오필름에서 높게 나타났다. 주변에 어떤 미생물이 있는지뿐 아니라 플라스틱에 달라붙은 미생물이 무엇을 하는지가 분해 과정을 이해하는 중요한 단서인 셈이다.
이번 연구는 생분해성 플라스틱을 개발하고 평가할 때 버려진 뒤 놓이는 환경까지 고려해야 한다는 점을 보여준다. 향후 환경에 맞는 소재와 처리 방식을 선택하고 생분해성 평가 기준을 마련하는 데 활용될 수 있다. 플라스틱 분해에 활용할 미생물과 효소를 찾는 데도 도움이 될 것으로 기대된다.
명재욱 교수는 “생분해성 플라스틱도 어디에 버려지고 어떤 미생물이 활동하느냐에 따라 분해 정도가 크게 달라진다”며 “이번 연구가 폐기 환경에 맞는 생분해성 평가 기준을 마련하고 플라스틱을 분해할 미생물과 효소를 찾는 데 도움이 되길 기대한다”고 말했다.
이번 연구에는 최신형 스위스연방수생과학기술연구소 박사후연구원 박사(KAIST 졸업)와 최형민 홋카이도대 박사후연구원 박사(UNIST 졸업)가 공동 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 '네이처 커뮤니케이션즈'에 20일 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
