에탄, 온실가스 줄이고 플라스틱도 만든다

왼쪽부터 KAIST 명재욱 교수, 박선호 박사과정. 미국 스탠퍼드대 충헌 신 박사, 크래이그 크리들 교수. KAIST 제공

한국과 미국 공동 연구팀이 메탄산화균의 대사 경로에서 에탄의 역할을 규명하며 온실가스 저감과 바이오플라스틱 생산을 동시에 할 수 있는 가능성을 제시했다.

KAIST는 명재욱 건설및환경공학과 교수 연구팀이 미국 스탠퍼드대와의 공동연구를 통해 ‘편성 메탄산화균(Methylosinus trichosporium OB3b)’이 비성장 기질(세균의 에너지원이 될 수 없는 물질)인 에탄(C₂H₆)에 노출될 경우 주요 대사 경로에 유의미한 변화가 일어난다는 사실을 세계 최초로 밝혀냈다고 7일 밝혔다.

편성 메탄산화균은 메탄(CH₄)이나 메탄올과 같은 단일탄소(C1) 화합물만을 에너지원으로 사용하는 세균이다. 천연가스, 매립지 가스, 축산 폐기물 등에서 발생하는 메탄을 산화시켜 저감할 수 있는 생물학적 수단으로 주목받는다. 천연가스에는 최대 15% 가량 에탄이 혼합돼 있지만 메탄산화균이 에탄에 어떻게 반응하는지는 알려지지 않았다.

연구팀은 다양한 메탄·산소 농도 조건에서 에탄을 첨가해 실험한 결과 에탄이 세포 성장 억제, 메탄 소모 감소, 생분해성 고분자인 'PHB(polyhydroxybutyrate)' 합성 증가 등 세 가지 주요 반응을 일으킨다는 사실을 확인했다. 특히 에탄 농도가 높을수록 이러한 경향은 더욱 뚜렷하게 나타났다.

PHB는 자연에서 분해 가능한 바이오플라스틱 소재다. 친환경 고분자 물질로 각광받고 있다. 연구에 따르면 에탄이 산화되며 생성되는 대사산물 ‘아세테이트’가 세균의 성장에는 부정적 영향을 주는 반면 PHB 축적은 촉진하는 것으로 나타났다. 에탄이 생분해성 고분자 생산을 위한 촉진제로 활용될 수 있다는 것이다.

연구팀은 메탄산화 효소인 입자상 메탄모노옥시게네이스(pMMO)를 통해 에탄이 메탄과 함께 산화되는 ‘동시 산화(co-oxidation)’ 현상이 발생한다는 사실도 확인했다. 메탄 분해 효소의 구성 유전자인 'pmoA'의 전사량은 변하지 않았지만 메탄 소비는 감소한 것으로 나타났다.

명재욱 교수는 “이번 연구는 메탄산화균이 메탄과 에탄이 혼합된 실제 환경 조건에서 어떻게 반응하는지를 처음으로 규명한 사례”라며 “비성장 기질인 에탄이 메탄 대사 조절자 역할을 하며 바이오플라스틱 생산까지 유도할 수 있다는 점에서 환경·산업적 의미가 크다”고 설명했다. 연구 결과는 국제학술지 '응용 환경미생물학'에 지난달 10일 온라인 게재됐다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1128/aem.00969-25

[박정연 기자 hesse@donga.com]