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네이처지에 최근 게재된 이 효소의 발견은 세계에서 가장 시급한 환경 문제 중 하나인 매립지에 쌓여 있는 수십억 톤의 플라스틱 폐기물 처리와 땅과 물을 오염시키는 것을 도울 수 있게 된다.
이 효소는 분자 수준에서 플라스틱을 회수하고 재사용함으로써 주요 산업들이 환경에 미치는 영향을 줄이고 대규모로 재활용 할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.
텍사스대 오스틴캠퍼스의 McKetta 화학공학부의 할 알퍼(Hal Alper) 교수는 "이 최첨단 재활용 과정을 활용할 수 있는 가능성은 산업 전반에 걸쳐 무궁무진하다"며 "명백한 폐기물 관리 산업 외에도 모든 분야의 기업들이 자사 제품을 재활용하는 데 앞장설 수 있는 기회를 제공한다. 특히 보다 지속 가능한 효소 접근법을 통해 진정한 원형 플라스틱 경제 구상을 시작할 수 있다"고 밝혔다.
새롭게 발견한 이 효소는 플라스틱을 더 작은 부분으로 분해한 다음 화학적으로 다시 조립하는 순환 과정을 완료할 수 있었다고 연구진은 밝혔다. 어떤 경우에는 이 플라스틱들이 단위 물량체들로 24시간 안에 완전히 분해될 수 있다.
코렐(Cockrell)공대 자연과학대학의 연구원들은 기계 학습 모델을 사용하여 박테리아가 PET 플라스틱을 분해할 수 있도록 하는 페트에이스(PETase)라고 불리는 자연 효소에 새로운 돌연변이를 발생시켰다. 이 모델은 이 효소의 어떤 돌연변이가 저온에서 소비된 이후 폐플라스틱을 신속하게 탈 중합시키는 목표를 달성할 것인가를 예측할 것이라고 지적하고 있다.
51개의 서로 다른 소비가 이뤄진 이후에 5개의 다른 폴리에스테르 섬유와 PET로 만들어진 직물과 물병을 연구하는 것을 포함한 과정에서 연구원들은 FAST-PETase(기능성, 활성, 안정성과 내성을 가진 PETase)라고 부르고 있는 효소의 효과를 증명했다.
기계 학습 모델 개발을 이끈 시스템 및 합성 생물학 센터의 앤드류 엘링턴 교수는 "이 연구는 합성 생물학에서 화학공학, 인공지능에 이르기까지 다양한 분야를 한데 모으는 힘을 실제로 보여준다"고 말했다.
플라스틱 쓰레기를 줄이는 가장 분명한 방법은 재활용이다. 그러나 세계적으로, 모든 플라스틱의 10% 미만만 재활용되고 있다. 플라스틱을 쓰레기 매립지에 버리는 것 외에 가장 흔한 폐기 방법은 태우는 것이다.
쓰레기를 태우는 방법은 비용과 에너지가 많이 들고, 해로운 가스를 공기 중으로 내뿜는 단점을 갖는다. 다른 대안적인 산업공정은 열분해와 메타분해 등 매우 에너지 집약적인 공정뿐이다.
생물학적 용액은 폐기물의 처리에 훨씬 적은 에너지를 소비한다. 플라스틱 재활용 효소 연구는 지난 15년 동안 발전해왔다. 하지만, 지금까지 아무도 어떻게 하면 저온에서 효율적으로 작동하여 효소를 휴대할 수 있고, 대규모의 산업 규모로 저렴하게 만들어 낼 수 있는지 알아내지 못했다. 반면에 FAST-PETase는 섭씨 50도 미만으로 공정을 수행할 수 있다고 한다.
연구팀은 산업과 환경에 적용하기 위해 효소생산량을 늘리는 작업을 계획하고 있다. 연구원들은 이 기술과 관련한 특허를 출원하는 등 몇 가지의 다른 용도를 찾고 있다.
그 용도는 쓰레기 매립지 청소와 고폐기물 산업 녹색화가 가장 명백하다. 또 다른 주요 잠재적 용도는 환경 교정조치이다. 연구팀은 오염된 장소를 청소하기 위해 효소를 밭으로 내보낼 수 있는 여러 가지 방법도 찾고 있는 중이다.
알퍼 교수는 "환경 정화 응용프로그램을 고려할 때, 주변 온도에서 작동될 수 있는 효소가 필요하다. 이 요구 사항은 향후 당사의 기술이 큰 이점을 얻을 수 있는 분야"라고 말했다.
이번 연구에 참여한 교수진은 알퍼, 엘링턴, 나다니엘 린드 화학공학과 부교수들이다. 특히 알퍼 연구소의 연구원인 훙위안 루가 연구를 주도했다. 기계 학습 모델을 만든 것은 엘링턴의 연구실의 대니 디아즈라고 한다.
그밖에 연구에 참여한 인물들은 화학공학과 출신의 나탈리 차르네키, 콩지 주, 완태 킴이며, 다니엘 아코스타, 브래드 알렉산더, 얀 제시 장, 라그하브 슈로프 등이 연구에 참여했다.
김진영 글로벌이코노믹 기자
