국내 연구진이 미생물발효를 통해 방향족 폴리에스테르 생산 기술을 세계 최초로 개발하고 기존 플라스틱을 재활용해 친환경 플라스틱을 생산할 수 있는 가능성을 제시했다. 방향족 폴리에스테르는 강도 및 열안정성이 우수해 음료용기병, 식료품 포장재 등에 사용되는 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)소재다.


고분자 방향족 폴리에스테르는 원유에서 복잡한 공정을 거쳐야 얻을 수 있기 때문에 친환경적이지 않지만 페트병 생산 원료로서 우리 생활에 필수적인 물질이다. 이에 이상엽 KAIST 교수 연구팀과 박시재 이화여대 교수 연구팀이 공동으로 개량된 대장균을 직접 발효해 비식용 바이오매스로부터 방향족 폴리에스테르를 생산할 수 있는 친환경 원천기술을 세계 최초로 개발했다.


 연구팀은 컴퓨터 기반 가상세포를 이용해 기존에 밝혀진 적 없는 고분자 생산에 핵심 효소의 반응을 규명하고, 이를 활용해 다양한 종류의 방향족 폴리에스테르를 생산했다. 이번 연구와 별도로 이상엽 교수 연구팀과 김경진 경북대학교 교수 연구팀이 공동으로 현재 알려진 효소보다 월등한 PET 분해능력을 가지는 효소의 구조를 밝히고, 이 효소의 우수한 PET의 분해 원인 규명 및 분해 활성이 증가된 변이 효소 개발까지 성공했다. PET는 합성 플라스틱으로 자연분해가 어렵다. 따라서 친환경적인PET 분해를 위해 미생물이 가진 효소를 이용하기 위한 연구개발이 활발하다.  기존의 미생물 기반 PET분해는 시간·비용 측면에서 비효율적이었다.
 이를 극복하기 위한 고효율 분해 효소로 2016년 일본 연구진은 Science 저널에 Ideonellasakaiensis균의 높은 PET 분해능력을 갖는 신규 효소(PETase)를 발표한 바 있다. 본 연구팀은 이 신규 효소(PETase)가 기존 알려진 효소 대비높은 PET 분해능력을 가지는 원인을 규명하고, 이를 활용해 고효율의효소 개발이 가능하도록 Ideonellasakaiensis의 PETase 효소의 단백질 결정 구조를 밝혔다.


이 과정에서 컴퓨터 기반 시뮬레이션을 통해PETase 효소와 PET를 모사하는 화합물과의 도킹에 성공해 결합 구조도제시했다. 또한 특정 부위 돌연변이 유도를통해 PET 분해 기작에 중요한 역할을 하는 잔기(residue)를 밝히고,효소 엔지니어링을 진행해 PET 분해 활성이 증가된 PETase 변이 효소 개발까지 성공했다. 이상엽 교수는“미생물로 합성플라스틱을 대체하는 플라스틱을생산하고, 기존 화학적으로 생산된플라스틱을 다시 미생물로 분해하는 기술이 개발되었으므로, 친환경화학산업으로의 재편이 가능해질것”이라고 말했다.


출처 : PLASTICS KOREA(플라스틱코리아) 2018.3