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네팔 폐플라스틱 수거회사에서 PET병 옮기는 노동자 [EPA 연합뉴스 자료사진. 재판매 및 DB 금지]
영국 에든버러대 스티븐 월리스 교수팀은 24일 과학 저널 네이처 화학(Nature Chemistry)에서 유전자 조작 대장균(E. coli)을 이용해 PET를 분해해 얻은 테레프탈산을 90% 이상의 높은 수율로 파라세타몰로 전환하는 데 성공했다고 윈소액 밝혔다.
월리스 교수는 "이 연구는 PET가 단순히 플라스틱 폐기물이 되거나 재활용 플라스틱이 될 운명이 아니라 미생물에 의해 질병 치료에 사용될 수 있는 유용한 제품으로 바뀔 수 있다는 것을 보여준다"고 말했다.
플라스틱 폐기물 문제는 세계적으로 점점 더 심각해지고 있으며, 플라스틱을 지속 가능한 방식으로 재활용해 가 무자본창업 치를 높이는 것은 중요한 과제가 됐다.
연구팀은 세포 내 화학 반응을 활용해 원하는 분자를 생산하는 대사공학(metabolic engineering)과 유기화학을 결합해 유용한 물질을 만드는 연구가 진행돼 왔지만 이 방법이 플라스틱 재활용에 활용될 수 있는지는 명확하지 않았다고 지적했다.
이들은 이 연구에서 벤젠(C6H 저축은행이자 6) 고리 화합물에 탄소-질소(C-N) 결합을 만드는 중요한 유기합성 반응인 로센 재배열(Lossen rearrangement)이 유전자 변형 대장균 내에서 일어날 수 있고, 세포 내 인산염이 촉매 작용을 한다는 사실을 확인했다.
로센 재배열은 벤젠 고리에 질소화합물인 아민기가 붙어 있는 파라세타몰을 만드는 데 중요한 반응이며, PET를 에스더에스 분해할 때 나오는 벤젠 고리 화합물인 테레프탈산(TPA)을 처리하는 데에도 활용될 수 있다.
유전자 조작 대장균을 이용해 PET로부터 파라세타몰을 생산하는 과정 연구팀은 벤젠(C6H6) 고리 화합물에 탄소-질소(C-N) 결합을 만드는 중요한 유기합성 반응인 로센 재배열(L 5년고정금리 ossen rearrangement)이 유전자 변형 대장균 내에서 인산염의 촉매 작용으로 일어날 수 있다는 사실을 발견했다. 이어 PET에서 얻은 테레프탈산을 대장균을 이용해 맥주를 만드는 것처럼 발효시키는 방법으로 24시간 안에 92%의 높은 수율로 파라세타몰로 전환하는 데 성공했다. [Nature Chemistry, Stephen Wallace et al. 제공. 재판매 및 DB 금지]
연구팀은 PET에서 얻은 테레프탈산을 유전자 조작 대장균을 이용해 맥주를 만드는 것처럼 발효시키는 방법으로 24시간 안에 92%의 높은 수율로 파라세타몰로 전환하는 데 성공했다.
이 과정은 실온에서 진행됐고 사실상 탄소 배출이 없다. 연구팀은 상업적 규모 생산을 위해서는 추가 연구가 필요하지만 이 기술로 폐플라스틱에서 파라세타몰을 지속 가능한 방법으로 생산할 수 있을 것이라고 밝혔다.
이어 이 연구는 대장균이 폐플라스틱에서 얻은 물질로 파라세타몰을 생산한 최초 사례일 수 있다며 폐플라스틱을 지속 가능한 방식으로 유용한 제품으로 업사이클링 할 수 있는 잠재력이 있다고 말했다.
특히 생수병, 식품 포장재 등으로 널리 사용돼 세계적으로 매년 3억5천만t 이상의 폐기물을 발생시키는 PET를 친환경적으로 재활용하는 데 이 기술이 크게 기여할 수 있을 것이라고 덧붙였다.
매튜 욱 장 싱가포르국립대(NUS) 교수팀은 함께 게재된 논평(News & Views)에서 "합성 화학과 생물 화학은 전통적으로 별개 분야로 여겨져 왔다"며 "하지만 이 연구는 유전자 조작 미생물이 생체 적합한 화학 반응을 통해 세포 내에서 폐플라스틱을 유용한 화합물로 전환할 수 있음을 보여준다"고 평가했다.
◆ 출처 : Nature Chemistry, Stephen Wallace et al., 'A biocompatible Lossen rearrangement in Escherichia coli', https://www.nature.com/articles/s41557-025-01845-5
scitech@yna.co.kr
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