플라스틱 쓰레기를 거미줄로 업사이클링 하는 박테리아 [와우! 과학]

[서울신문 나우뉴스]

사진=Rensselaer Polytechnic Institute

플라스틱은 20세기 문명의 가장 유용한 도구이면서 동시에 가장 처치 곤란한 쓰레기로 자리 잡았다. 금속처럼 재활용도 어렵고 목재나 종이처럼 잘 썩지도 않는다는 점이 문제다. 더 큰 문제는 한 번 쓰고 버리는 일상 생활용품에 플라스틱 소재가 광범위하게 사용되면서 매일 엄청난 양의 플라스틱 쓰레기가 생긴다는 점이다. 일회용 플라스틱 제품 사용을 줄이려는 노력에도 불구하고 플라스틱 쓰레기는 점점 더 쌓이고 있다.

따라서 과학자들은 플라스틱 쓰레기를 좀 더 유용한 물질로 재활용하기 위해 많은 연구를 해왔다. 철, 알루미늄, 유리처럼 유용하게 재활용할 수 있다면 쓰레기 배출도 줄이고 자원 낭비도 줄일 수 있기 때문이다. 그러나 수많은 시도에도 불구하고 현재까지 플라스틱 쓰레기의 상당수는 재활용되지 못하고 소각된다.

미국 렌슬러 공대 헬렌 자 교수 연구팀은 박테리아를 이용해 처치 곤란한 플라스틱 쓰레기인 폴리에틸렌을 분해해 유용한 물질을 만드는 연구를 시도했다. 연구팀이 사용한 세균은 뜻밖에도 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)이었다.

녹농균은 토양에 흔한 박테리아 중 하나로 인체에서 다양한 감염을 일으키기 때문에 악명이 높다. 최근에는 항생제 내성까지 키워 더욱 골치 아픈 세균으로 진화했다. 하지만 녹농균은 사실 폴리에틸렌을 분해할 수 있는 효소를 지니고 있다. 일부 박테리아들은 분해가 까다로운 폴리머를 분해해 영양분으로 활용하는 재주가 있는데, 녹농균의 경우 그 대상에 폴리에틸렌이 포함된다.

그런데 불행하게도 우리가 버리는 폴리에틸렌 쓰레기인 비닐봉지나 페트병의 경우 녹농균이 먹기에는 너무 질기고 단단하다. 따라서 폴리에틸렌 쓰레기는 자연에서 쉽게 분해되지 않는다. 연구팀은 폴리에틸렌을 녹농균이 먹기 편한 형태로 만들기 위해 고온 고압 환경에서 가공했다. 이후 녹농균을 이렇게 가공한 폴리에틸렌 위에서 배양했다.

연구팀은 단순히 분해만 하는 것이 아니라 다른 유용한 물질을 만들기 위해 녹농균에 유전자를 삽입했다. 연구팀이 삽입한 유전자는 거미줄 단백질을 만드는 유전자였다. 거미줄은 같은 두께의 철사만큼 튼튼하면서 무게는 1/6 수준으로 가벼워 차세대 생물학적 소재로 주목받고 있다. 무엇보다 인체에서 생분해되는 성질 때문에 의료용 소재로 연구되고 있지만, 적당한 가격에 대량 생산이 어려워 아직 상용화되지 못하고 있다.

이번 실험에서 연구팀은 폴리에틸렌 쓰레기를 최종적으로 거미줄 단백질을 많이 포함한 솜 같은 형태의 원료로 만들었다. 박테리아를 이용해 처치 곤란한 플라스틱 쓰레기를 줄이고 덤으로 유용한 물질을 생산할 수 있는 가능성을 보여준 셈이다.

박테리아는 여러 단계를 거쳐야 하는 복잡한 화학적 과정을 대신할 수 있는 미니 화학 공장으로 주목받고 있다. 플라스틱 쓰레기를 유용한 물질로 바꾸는 복잡한 과정도 박테리아의 도움을 받으면 한결 쉽게 해낼 수 있다.

물론 이런 연구 결과가 결실을 얻기 위해서는 경제성과 함께 대량의 플라스틱 쓰레기 처리가 가능하다는 점을 보여줘야 한다. 업사이클링 제품 역시 가격 경쟁력을 지녀야 한다. 이 모든 조건을 다 만족시키기 위해서는 앞으로 많은 연구와 투자가 필요하다. 박테리아가 플라스틱 쓰레기의 해결사 역할을 할 수 있을지 미래가 주목된다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com