꿀벌부채명나방 장 속 물질로 플라스틱 생분해한다... 생명연 산화기전 규명

류충민 박사 연구팀. 생명연 제공

국내 연구진이 꿀벌부채명나방의 장에서 플라스틱을 생분해하는 물질을 발견하고 산화기전을 최초로 밝혀냈다. 플라스틱 처리 문제로 인류가 골머리를 앓고 있는 가운데 친환경 처리 방안을 제시해 눈길을 끌고 있다.

한국생명공학연구원(이하 생명연) 감염병연구센터 류충민 박사 연구팀은 꿀벌부채명나방 장에서 플라스틱을 산화하는 효소를 발굴하고 AI 기반 시뮬레이션을 통해 플라스틱 산화기전을 규명하는 데 성공했다.

감염병을 주로 연구하는 류충민 박사팀은 2016년 인간과 유사한 선천 면역시스템을 가진 모델 곤충으로 감염병 연구를 위해 꿀벌부채명나방을 처음 연구에 도입했다. 그러던 중 플라스틱 비닐을 섭식하는 것을 발견하고 플라스틱 분해 가능성에 대한 아이디어를 얻었다.

이후 연구를 통해 2019년 꿀벌부채명나방이 장내 미생물에 의존하지 않고 자체적으로 폴리에틸렌을 산화할 수 있는 효소 사이토크롬 P450을 갖고 있는 것을 처음 확인했다. 사이토크롬 P450은 유기화합물에 산소를 도입하는 산화 반응을 촉매하는 효소로, 생체 내에서 해독, 스테로이드 합성, 호르몬 대사 등 다양한 생리적 기능을 수행하는 효소로 알렸다.

이번 연구에선 꿀벌부채명나방 유래 사이토크롬 P450을 대량배양 가능한 효모와 곤충 세포를 이종 발현하는 데 성공했다. 효모의 배양 조건을 확립해 곤충 유래 폴리에틸린 산화효소 대상 생산을 위한 기틀을 마련한 것이다.

이렇게 마련한 폴리에틸렌 산화효소를 탐색한 결과 2종의 효소가 플라스틱을 산화하는 것을 확인했다.

연구팀은 AI 기반 시뮬레이션으로 발굴한 효소의 폴리에틸렌 플라스틱 결합 가능성을 예측해 결합에 중요한 잔기를 찾아내 효소의 구조적 특성과 결합기전에 대한 이해를 높였다. 또 특정 유전자나 단백질에 무작위 돌연변이를 유도한 후 최적의 기능을 갖춘 변이를 얻는 방법으로 기존 효소보다 산화 효율이 높은 효소도 확보했다.

연구책임자 류충민 감염병연구센터 책임연구원.

류충민 생명연 박사는 "이번 연구로 곤충 유래 효소를 이용한 폐플라스틱 처리의 새로운 가능성을 열었다는 점에서 의미가 있다"며 "AI 기반 접근법을 통해 플라스틱분해 효소의 작용기전을 더 명확히 해 효소를 활용한 폐플라스틱 처리의 실효화 가능성을 최초로 보여줬다"고 말했다.

이번 연구 결과는 미생물학 분야 세계적인 저널인 '저널 오브 해저더스 머티어리얼즈'(Journal of Hazardous Materials)에 게재됐다. 임효인 기자