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[디지털투데이 AI리포터] 플라스틱은 생산과 폐기 과정에서 여러 문제가 발생하고 있는 실정이며, 산업 전반에서 이를 해결할 방법을 모색하고 있다. 그런 가운데 17일(현지시간) IT 매체 아스테크니카는 한국 연구진이 포도당을 에너지원으로 사용해 유용한 폴리머를 생성할 수 있는 세균을 개발했다고 보도했다. 이 시스템은 세균이 비정상적인 영양 조건에 직면할 때 사용하는 효소를 기반으로 하며 다양한 폴리머를 만들 수 있도록 조정이 가능하다.

연구진은 세균이 폴리하이드록시알카노에이트(PHAs)를 생산하는 시스템에 주목했다. PHAs는 세균이 충분한 탄소원과 에너지를 갖고 있지만, 성장을 위한 다른 영양소가 부족할 때 형성된다. 이 시스템은 다양한 분자를 폴리머에 통합할 수 있는 유연성을 가지고 있어 많은 가능성을 열어준다.

연구진은 코엔자임 A와 화학 물질을 연결하는 클로스트리디움 속 효소에서부터 출발했다. 이 효소는 아미노산을 코엔자임 A에 연결하는 데 상당히 효과적이었다. 이어 연구진은 아미노산을 서로 연결하기 위해 반응 물질로 사용할 분자의 범위를 확장하는, 네 가지 돌연변이가 있는 슈도모나스 효소를 사용했다. 테스트 튜브에서 이 시스템을 사용한 결과, 아미노산은 폴리머로 서로 연결됐다.

문제는 이 시스템이 세포에서도 효과가 있느냐는 것인데, 안타깝게도 두 효소 중 하나는 대장균에 약한 독성을 보여 대장균의 성장을 늦추는 것으로 나타났다. 이에 연구진은 단백질을 견딜 수 있는 대장균 균주를 진화시켰고 두 단백질로 세포는 소량의 아미노산 중합체를 생산했다. 세포가 자라는 배지에 과량의 아미노산을 첨가하면 폴리머는 해당 아미노산을 통합하는 쪽으로 편향된다.

다만 박테리아의 중량 대비 폴리머 수율이 상당히 낮았다. 이에 연구진은 특정 아미노산(라이신)을 생산하는 데 필요한 유전자의 사본을 추가로 넣었고 그 결과 더 많은 폴리머가 생산됐다. 그러면서 폴리머의 라이신 비율이 더 높아졌다.

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대부분의 폴리머에는 에스테르 결합을 형성할 수 있는 상당한 양의 젖산이 포함되어 있다. 젖산은 포도당 대사의 잠재적 산물 중 하나인 만큼 일반적으로 세포에 많은 양의 젖산이 존재한다. 그러나 연구진은 젖산을 생성하는 주요 효소를 암호화하는 유전자를 제거해 폴리머에 통합되는 양을 획기적으로 줄였다. 그러면서 다양한 조건 속 두 아미노산 모노머의 혼합물로 폴리머를 만들 수 있었다. 게다가 연구진은 대장균 균주에 몇 가지 효소를 추가해 폴리머의 무게당 수율을 50% 이상으로 높이는 데 성공했다.

이 시스템은 다양한 화학 물질을 폴리머에 통합할 수 있는 유연성을 제공하며, 결과적으로 생분해성 플라스틱을 생산할 수 있는 잠재력을 보여준다. 다만 이 과정은 완전한 제어가 불가능해 무작위 화학 물질이 일정 수준에서 통합될 수 있다. 또 제조에 앞서 폴리머를 정제하는 문제도 있다. 생산 속도도 대규모 산업 생산에 비해 아직은 느리다.

매체는 글로벌 플라스틱 생산을 대체할 준비는 아직 되지 않았지만 이번 연구가 바이오 기반 제조의 잠재력을 강조하는 데 훌륭한 역할을 수행한다고 평가했다.

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