저온에서 플라스틱을 소화할 수 있는 미생물 찾기

신용: Unsplash의 Nick Fewings 사진

일부 미생물은 플라스틱을 소화할 수 있는 효소를 생산하지만 이러한 효소를 산업 규모로 활용하려면 일반적으로 30°C 이상의 온도가 필요하므로 비용이 많이 듭니다. 스위스 연방 연구소(WSL)의 과학자들은 이제 훨씬 낮은 온도에서 일부 생분해성 플라스틱을 분해할 수 있는 수많은 박테리아 및 곰팡이 균주를 발견했습니다. 스위스 알프스의 높은 고도와 극지방의 토양에서 수집된 이러한 유형의 저온 적응 미생물은 플라스틱 재활용을 위한 산업 규모의 효소 공정을 비용 효율적으로 만들 수 있습니다.

현재 WSL의 객원 과학자인 Joel Rüthi 박사는 "여기서 우리는 고산 및 북극 토양의 '플라스티스피어'에서 얻은 새로운 미생물 분류군이 15°C에서 생분해성 플라스틱을 분해할 수 있다는 것을 보여줍니다."라고 말했습니다. "이러한 유기체는 플라스틱의 효소 재활용 공정에 따른 비용과 환경 부담을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다." Rüthi는 팀이 미생물학 프론티어(Frontiers in Microbiology)에 발표한 논문의 첫 번째 저자입니다. 제목은 "고산 및 북극 육상 플라스티스피어에서 분리된 플라스틱 분해 미생물 균주의 발견"입니다. 연구팀은 논문에서 “우리의 결과는 고산지대와 극지 지역의 미생물이 플라스틱 분해 효소를 효율적으로 생산하고 이를 통해 환경 친화적인 순환 플라스틱 경제를 위한 미래 노력에 기여할 수 있음을 시사합니다”라고 결론지었습니다.

저자들은 연간 전 세계 플라스틱 생산량이 여전히 빠르게 증가해 2020년에는 367메가톤에 달했다고 썼습니다. "기존 플라스틱이 환경에 잔류하고 일회용 플라스틱의 과도한 사용과 폐기물 관리 부실이 심각한 환경 문제를 야기하고 있습니다." 재사용 및 재활용에 대한 기존의 기계적, 화학적 접근 방식에는 "몇 가지 상당한 단점"이 있다고 연구원들은 계속 말했습니다. 보다 지속 가능한 플라스틱 경제를 위한 대안적 접근법에는 바이오 기반 및 생분해성 플라스틱의 사용과 "미생물 플라스틱 분해 효소를 사용한 새로운 재활용 전략"이 포함됩니다.

플라스틱을 소화하고 오염 문제를 해결하는 데 도움이 되는 유기체를 찾고, 배양하고, 생명 공학을 연구하는 것도 이제 큰 사업입니다. 그러나 이를 수행할 수 있는 여러 미생물이 이미 발견되었지만 효소가 작동하는 데 필요한 가열은 산업적 응용이 여전히 비용이 많이 들고 탄소 중립이 아니라는 것을 의미합니다.

한 가지 잠재적인 해결책은 효소가 더 낮은 온도에서 작동하는 특수 저온 적응 미생물을 식별하는 것입니다. “그러나 저온 적응 미생물의 플라스틱 분해 가능성은 지금까지 거의 연구되지 않았습니다.”라고 과학자들은 말했습니다. 보고된 연구를 위해 Rüthi와 동료들은 그린란드, 스발바르 제도 및 스위스의 자유롭게 누워 있거나 의도적으로 땅에 묻힌 플라스틱(1년 동안 땅에 보관)에서 자라는 19종의 박테리아와 15종의 곰팡이 균주를 샘플링했습니다. 스발바르에서 플라스틱 쓰레기의 대부분은 학생들이 기후 변화의 영향을 직접 목격하기 위해 현장 조사를 수행한 스위스 북극 프로젝트 2018에서 수집되었습니다. 스위스의 토양은 Graubünden 주의 Muot da Barba Peider 정상(2,979m)과 Val Lavirun 계곡에서 수집되었습니다.

과학자들은 분리된 미생물을 어둠 속에서 15°C의 실험실에서 단일 균주 배양으로 성장시키고 분자 기술을 사용하여 이를 식별했습니다. 결과는 박테리아 균주가 Actinobacteria 및 Proteobacteria 문의 13 속에 속하고 곰팡이 균주가 Ascomycota 및 Mucoromycota 문의 10 속에 속한다는 것을 보여주었습니다.

그런 다음 연구원들은 일련의 분석법을 사용하여 비생분해성 폴리에틸렌(PE)과 생분해성 폴리에스테르-폴리우레탄(PUR)의 멸균 샘플과 두 가지 상업적으로 이용 가능한 생분해성 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT) 혼합물을 소화하는 능력에 대해 각 균주를 선별했습니다. ) 및 폴리락트산(PLA).

이러한 플라스틱에서 126일 동안 배양한 후에도 어떤 미생물 균주도 PE를 소화할 수 없었습니다. 그러나 11개의 곰팡이와 8개의 박테리아를 포함한 19개(56%)의 균주가 15°C에서 PUR을 소화할 수 있었던 반면, 14개의 곰팡이와 3개의 박테리아는 PBAT와 PLA의 플라스틱 혼합물을 소화할 수 있었습니다. 핵자기공명(NMR) 및 형광 기반 분석을 통해 이들 균주가 PBAT 및 PLA 폴리머를 더 작은 분자로 절단할 수 있음이 확인되었습니다.