소의 배 속에 있는 미생물은 플라스틱을 재활용하는 데 도움을 줄 수 있다.

소의 배 속에 있는 미생물은 플라스틱을 재활용하는 데 도움을 줄 수 있다.

소의 위에서 잡은 미생물은 소다수병, 식품 포장지, 합성 섬유에 사용되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 포함한 특정한 종류의 플라스틱을 삼킬 수 있습니다. 과학자들은 반추동물 위장의 가장 큰 부분인 반추동물에서 추출한 액체에서 이 미생물들을 발견했습니다. 반추동물은 거친 초목을 분해하기 위해 미생물에 의존하는 소와 양과 같은 발굽이 있는 동물들을 포함합니다. 미네소타 대학에 따르면, 이 반추동물은 소나 다른 반추동물이 섭취한 음식을 소화하거나 발효시키는 미생물들의 인큐베이터 역할을 한다고 합니다. 연구원들은 소의 반추에 숨어 있는 몇몇 미생물들이 소위 에스테르 그룹에 의해 구성 분자가 연결되어 있는 물질인 폴리에스터를 소화할 수 있어야 한다고 의심했습니다. 초식성 식단 때문에 소는 큐틴이라고 불리는 식물에서 생산된 천연 폴리에스터를 섭취하기 때문입니다. 합성 폴리에스터로서 PET는 이 천연 물질과 유사한 화학 구조를 공유합니다. "큐티클의 대부분, 즉 식물 세포벽의 왁스 같은 바깥층을 구성하는 큐티클은 예를 들어 토마토와 사과 껍질에서 풍부하게 발견될 수 있습니다."라고 비엔나에 있는 자연 자원 및 생명 과학 대학의 수석 과학자인 도리스 리비치가 말했습니다. 균류나 박테리아가 그러한 과일을 뚫고 싶을 때, 그들은 이 큐틴을 절단할 수 있는 효소를 생산하거나 물질 내의 화학 결합을 분열시킵니다. 특히, 큐티나 아제라고 불리는 효소 부류는 큐틴을 가수 분해할 수 있는데, 이것은 물 분자가 물질을 조각조각 분해하는 화학반응을 시작한다는 것을 의미합니다. 리비치와 그녀의 동료들은 과거에 미생물로부터 그러한 효소를 분리했고 소들이 비슷한 폴리에스테르를 씹는 벌레의 원천일지도 모른다는 것을 깨달았습니다. "이 동물들은 많은 식물 물질을 섭취하고 분해하고 있기 때문에, 여러분은 소의 위에서 살고 있는 그러한 미생물을 발견할 가능성이 매우 큽니다."라고 그녀가 말했습니다. 그리고 바이오 공학 및 생명공학 저널에 발표된 그들의 새로운 연구에서, 연구원들은 소 반추동물로부터 나온 미생물이 PET뿐만 아니라 퇴비용 비닐봉지에 사용되는 폴리부틸렌산 테레프탈레이트 (PBAT), 폴리에틸렌 산염 (PEF) 등 두 가지 다른 플라스틱을 분해할 수 있다는 것을 발견했습니다. 재생 가능한 식물에서 유래한 물질로부터 말입니다. 이 반추동물 매개 미생물이 얼마나 플라스틱을 잘 먹을 수 있는지 평가하기 위해, 그 팀은 반추동물에서 각 종류의 플라스틱을 1일에서 3일 동안 배양했습니다. 그런 다음 그들은 플라스틱에 의해 방출되는 부산물을 측정하여 벌레들이 그 물질을 구성 요소 부품으로 얼마나 광범위하게 분해하는지를 결정할 수 있었습니다. 연구팀은 반추 액체가 PEF를 가장 효율적으로 분해했지만 세 종류의 플라스틱을 모두 분해했다고 보고했습니다. 그러고 나서 연구팀은 어떤 특정한 미생물이 플라스틱 분해의 원인이 될 수 있는지에 대한 아이디어를 얻기 위해 반추 액체의 DNA를 샘플링했습니다. 응용 미생물 및 생명공학 저널과 유해 물질 저널에 실린 보고에 따르면, DNA의 약 98%가 박테리아 왕국에 속했고, 가장 우세한 속은 녹조 모나스 속이며, 그중 몇몇 종은 과거에 플라스틱을 분해하는 것으로 밝혀졌습니다. 아시네토박터 속의 박테리아도 액체에서 다량으로 발생했고, 마찬가지로, 이 속의 몇몇 종들은 합성 폴리에스테르를 분해하는 것으로 밝혀졌습니다. 미래를 내다보며, 연구팀은 반추 액체에 있는 플라스틱을 먹는 박테리아를 완전히 특징짓고 그 박테리아가 플라스틱을 분해하기 위해 어떤 특정한 효소를 사용하는지를 결정하기를 원합니다. 만약 그들이 재활용에 잠재적으로 유용할 수 있는 효소를 식별한다면, 그들은 소의 위에서 직접적으로 미생물을 수집할 필요 없이, 그 효소를 대량으로 생산하는 미생물을 유전적으로 조작할 수 있습니다. 이러한 방식으로, 효소는 산업 규모에서 사용하기 위해 쉽고 저렴하게 생산될 수 있습니다. 그런 맥락에서, 연구팀은 이미 직물 재료들이 다양한 효소에 순차적으로 노출되는 재활용 방법에 대한 특허를 냈습니다. 연구팀은 이전 연구에서 이러한 효소를 확인했습니다. 첫 번째 효소 묶음은 재료의 천 섬유를 갉아먹는 반면, 다음 묶음의 효소는 특정한 폴리에스테르를 갉아먹습니다. 이것은 각각의 효소가 매우 특정한 화학 구조를 목표로 하기 때문에 그것이 마주치는 어떤 물질도 분해하지 않기 때문입니다. 이런 식으로 여러 재료가 포함된 직물은 먼저 구성 부품으로 분리하지 않고 재활용이 가능하다고 리비치는 설명했다. 새로운 연구에 따르면, "소의 반추는 이러한 종류의 도움이 되는 효소를 발견하는 또 다른 환경을 대표할 수도 있지만, 그러한 효소들은 자연의 많은 곳에서 생겨납니다."라고 매니토바 대학의 생물시스템 공학과 분자생물학자이자 생명공학자인 데이비드 레빈이 말했습니다. 예를 들어, PET를 섭취할 수 있는 것으로 밝혀진 최초의 박테리아는 사케 발효에 관여하는 종인 'Ideonella sakaiensis'라고 레빈은 말했습니다. 그는 육지 식물을 감염시키는 다양한 곰팡이처럼 특정 해양 생물들은 플라스틱을 분해할 수 있는 큐티나 아제를 분비한다고 지적했습니다. 지금까지 과학자들은 PAT와 PEF와 같은 생분해성 플라스틱과 PAT를 분해하는 플라스틱 먹는 효소를 발견하는 행운을 누렸지만, 이제 진짜 도전은 더 문제가 되는 플라스틱 제품을 분해하는 효소를 찾는 데 있다고 레빈은 말했습니다. 예를 들어, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌과 같은 플라스틱은 주로 탄소 원자 사이의 강한 결합으로 구성되어 있고, 이 구조는 분자를 붙잡고 가수 분해를 점프 시동하는 효소의 능력을 제한합니다. 그래서 과학자들은 이미 PET를 분해하기 위해 효소를 발견, 특성화, 상업화했지만, 연구원들은 여전히 폴리에틸렌과 폴리프로필렌을 다룰 수 있는 미생물을 찾고 있습니다. 레빈과 그의 실험실은 이 분야에서 몇몇 유망한 후보들을 확인했지만, 그들은 여전히 그 벌레들의 플라스틱을 먹는 능력을 최대화하는 방법을 찾고 있습니다. 연구팀이 폴리에틸렌을 섭취할 수 있는 미생물도 주시하고 있으며 이 벌레가 소의 배 속에 숨어 있을지도 모릅니다. 아마도 우리는 반추 액체와 같은 거대한 공동체에서 폴리프로필렌과 폴리에틸렌을 분해할 수 있는 효소를 발견할 수 있을 것입니다.