과학자들은 알프스에서 미생물을 발견하고

저온에서 플라스틱을 생분해하면 비용과 에너지를 절약할 수 있습니다.

프론티어

플라스틱을 소화할 수 있는 유기체를 찾고, 배양하고, 생명공학을 연구하는 것은 오염 제거에 도움이 될 뿐만 아니라, 이제는 큰 사업이기도 합니다. 이를 수행할 수 있는 여러 미생물이 이미 발견되었지만 이를 가능하게 하는 효소가 산업 규모로 적용될 경우 일반적으로 30°C 이상의 온도에서만 작동합니다. 필요한 난방은 산업 응용 분야가 현재까지 비용이 많이 들고 탄소 중립이 아니라는 것을 의미합니다. 그러나 이 문제에 대한 가능한 해결책이 있습니다. 즉, 낮은 온도에서 효소가 작동하는 특수 저온 적응 미생물을 찾는 것입니다.

스위스 연방 연구소 WSL의 과학자들은 그러한 미생물을 어디에서 찾을 수 있는지 알고 있었습니다: 자국 알프스의 높은 고도나 극지방에서. 그들의 연구 결과는 Frontiers in Microbiology에 게재되었습니다.

제1저자이자 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."

Rüthi와 동료들은 그린란드, 스발바르 제도, 스위스에서 자유롭게 누워 있거나 의도적으로 땅에 묻힌 플라스틱(1년 동안 땅에 보관)에서 자라는 19종의 박테리아와 15종의 곰팡이를 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 이를 확인하기 위해 분자 기술을 사용했습니다. 결과는 박테리아 균주가 Actinobacteria 및 Proteobacteria 문의 13 속에 속하고 곰팡이가 Ascomycota 및 Mucoromycota 문의 10 속에 속한다는 것을 보여주었습니다.

놀라운 결과

그런 다음 그들은 일련의 분석을 사용하여 비생분해성 폴리에틸렌(PE)과 생분해성 폴리에스터-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).

이 플라스틱에서 126일 동안 배양한 후에도 어떤 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)과 형광 기반 분석을 통해 이러한 균주가 PBAT 및 PLA 폴리머를 더 작은 분자로 절단할 수 있음이 확인되었습니다.

Rüthi는 "테스트된 균주의 상당 부분이 테스트된 플라스틱 중 적어도 하나를 분해할 수 있다는 사실을 발견한 것은 우리에게 매우 놀라운 일이었습니다."라고 말했습니다.

가장 뛰어난 성능을 보인 종은 Neodevriesia 및 Lachnellula 속에 있는 두 가지 특징이 없는 곰팡이 종이었습니다. 이들은 PE를 제외하고 테스트된 모든 플라스틱을 소화할 수 있었습니다. 결과는 또한 플라스틱을 소화하는 능력이 대부분의 균주에 대한 배양 배지에 따라 달라지며, 각 균주는 테스트된 4개의 배지 각각에 다르게 반응한다는 것을 보여주었습니다.

식물 중합체 소화 능력의 부작용

플라스틱을 소화하는 능력은 어떻게 진화했나요? 플라스틱은 1950년대부터 존재해왔기 때문에 플라스틱을 분해하는 능력은 원래 자연 선택이 목표로 삼은 특성이 아니었음이 거의 확실합니다.

"미생물은 식물 세포벽의 분해와 관련된 다양한 중합체 분해 효소를 생성하는 것으로 나타났습니다. 특히 식물 병원성 곰팡이는 플라스틱을 표적으로 하는 큐티나제를 생성하는 능력 때문에 폴리에스터를 생분해하는 것으로 종종 보고됩니다. 폴리머는 식물 폴리머 큐틴과 유사하기 때문입니다."라고 WSL의 선임 과학자이자 그룹 리더인 마지막 저자인 Beat Frey 박사는 설명했습니다.