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세포가 만드는 물질로 플라스틱 분해 돕는다

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세포가 만드는 물질로 플라스틱 분해 돕는다

2021.03.29 15:52
김경헌 고려대 생명공학과 교수팀… 세포 생성물질 '베타인'
중국 저장성 타이저우시의 재활용 수거장에서 플라스틱 병을 담아 옮기고 있다. EPA/연합뉴스 제공
중국 저장성 타이저우시의 재활용 수거장에서 플라스틱 병을 담아 옮기고 있다. EPA/연합뉴스 제공

국내 연구팀이 세포에서 만들어지는 물질인 '베타인'을 이용해 플라스틱을 분해하는 기술을 개발했다. 

 

김경헌 고려대 생명공학과 교수팀, 김희택 한국화학연구원 박사팀, 한정우 포스텍 화학공학과 교수팀은 "베타인을 촉매로 활용하면 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 효소만 사용했을 때보다 분해 효율을 약 30배 높일 수 있다"고 29일 밝혔다.

 

PET는 작은 분자 단위인 '단량체' 수백~수만 개가 사슬처럼 엮인 고분자다. 자연 분해가 어려워 소각하거나 땅에 파묻기 때문에 다양한 환경 문제를 일으킨다. 페타아제 같은 효소로 단량체로 분해하는 방법이 개발됐지만 이들 효소는 분해 시간이 오래 걸리고 분해하는 양이 적은 단점이 있다. 효소로 PET를 분해하기 전 에틸렌글리콜을 이용해 PET를 저중합체로 분해해 놓으면 같은 양의 PET를 더 많은 단량체로 분해할 수 있다.

 

김경헌 고려대 생명공학과 교수(사진)팀이 PET를 분해할 때 '베타인'이 촉매로 쓰일 수 있다는 사실을 발견했다. 한국연구재단 제공
김경헌 고려대 생명공학과 교수(사진)팀이 PET를 분해할 때 '베타인'이 촉매로 쓰일 수 있다는 사실을 발견했다.  (왼쪽부터) 김경헌 고려대 생명공학과 교수, 김희택 한국화학연구원 박사, 한정우 포스텍 화학공학과 교수. 한국연구재단/고려대/포스텍 제공

연구팀은 에틸렌글리콜로 PET를 저중합체로 분리할 때 ‘베타인’이 촉매 역할을 한다는 사실을 알아냈다. 베타인은 양이온과 음이온을 동시에 가진 '양쪽성 이온'으로 동물, 식물, 미생물이 삼투압, 고온, 탈수 같은 환경적 스트레스에 노출됐을 때 만들어진다. 베테인은 에틸렌글리콜이 PET의 결합 사슬을 쉽게 끊을 수 있도록 하는 역할을 해 저중합체 분리에 도움을 준다.

 

연구팀은 에틸렌글리콜로 분해할 때 베타인을 넣어 PET를 저중합체로 만들었다. 이후 효소를 이용해 저중합체를 단량체로 분해했다. 연구팀은 에틸렌글리콜과 베타인을 활용해 PET를 저중합체로 만드는 과정을 거치지 않았을 때와 거쳤을 때 생성되는 단량체의 양을 비교했다. 그 결과 저중합체로 만드는 과정을 거쳤을 때 생성되는 단량체의 양이 처음부터 효소로 분해했을 때 생성되는 단량체 양의 약 30배였다. 게다가 베타인은 저중합체를 단량체로 만들 때 쓰이는 효소에 영향을 주지 않아 매번 중간 부산물을 분리하는 과정을 거치지 않아도 됐다. 

 

김경헌 교수는 "효소를 이용해 PET를 분리하는 연구도 중요하지만 실제로 사용할 수 있을만큼 효율을 높이는 연구도 중요하다"며 "향후 이 연구를 통해 플라스틱 폐기물 문제를 한국 스스로 해결할 수 있는 경쟁력을 지녔으면 좋겠다"고 말했다.


이 연구는 국제학술지 '미국화학회(ACS) 카탈리시스' 인터넷판 3월 23일자에 실렸다.

 

 

한국연구재단 제공
한국연구재단 제공

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