열 안정성 갖춘 박테리아 유래 생분해성 플라스틱, 전통 플라스틱 대안으로 주목받다

Seoul연구자들은 플라스틱 산업에 변화를 가져올 수 있는 박테리아로 만든 중합체를 개발하는 데 진전을 보이고 있습니다. 페트(PET)와 폴리스타이렌과 같은 전통적인 플라스틱은 그 단단함과 내열성으로 인기가 있습니다. 그러나 이러한 플라스틱은 석유로 만들어져 환경에 해롭습니다. 한국과학기술원(KAIST)의 과학자들은 유전자 조작된 박테리아를 사용하여 유사한 특성을 가진 생분해성 중합체를 개발했습니다.

이 연구의 주요 돌파구로는 다음과 같은 것들이 있습니다:

• E. coli가 방향족 모노머를 생산할 수 있는 새로운 대사 경로의 창조.
• 고효율 폴리메라제 효소를 설계하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션의 활용.
• 생의학적 응용을 위한 유망한 물리적 특성을 가진 생분해성 폴리머의 생산.

새로운 고분자 폴리(D-페닐락테이트)는 독특하게도 방향족 단량체로만 구성되어 있습니다. 이전 방법으로는 방향족과 지방족 단량체를 혼합하여 고분자를 만들 수밖에 없었습니다. 과학자들은 다양한 미생물로부터 효소를 변형시켜 대사 경로를 개발했습니다. 이 경로는 E. coli가 일반적으로 독성이 있는 이러한 방향족 화합물을 생성하고 처리할 수 있게 합니다.

팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 활용하여 모노머를 효율적으로 결합하는 폴리메라아제 효소를 개발함으로써 커다란 진전을 이루었습니다. 자연 효소들은 이 정도로 효과적으로 작동하지 않습니다. 여러 차례의 수정 끝에, 유전자 변형된 박테리아가 발효조에서 리터당 12.3그램의 폴리머를 생산하는 데 성공했습니다. 이 수율은 고무적이지만 상업적으로 실용화되기 위해서는 리터당 100그램에 도달해야 합니다.

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이 폴리머는 체내에서 분해되면서 다양한 온도에서도 안정성을 유지하기 때문에 약물 전달에 유용할 수 있습니다. 이러한 안정성은 약물의 효과를 유지하는 데 중요합니다. 그러나 현재 이 폴리머는 산업에서 사용되는 표준 PET만큼 강하지 않아서 개선이 필요합니다.

연구팀은 다양한 화학적 및 물리적 특성을 가진 폴리머를 만들기 위해 더 많은 종류의 방향족 단량체를 개발할 계획입니다. 또한, 상업적 사용을 위해 생산량을 늘리고 회수 과정을 개선하려고 합니다. 성공할 경우, 이 방법은 많은 석유 기반 플라스틱을 대체하여 기후 변화 및 전 세계적인 플라스틱 문제를 줄이는 데 기여할 수 있습니다.

이 연구는 국립연구재단과 과학기술정보통신부 같은 주요 기관의 지원을 받아 그 잠재적인 영향을 강조하고 있습니다. 이 방법의 성공은 지속적인 국제 협력을 통해 규모 확장성과 비용 효율성을 높이는 것에 달려 있습니다. 이렇게 개선된 세균 공학 고분자는 지속 가능한 제조 관행으로 이어질 수 있습니다.