농촌진흥청(청장 조재호)은 멀칭 비닐, 온실 피복 비닐 등 농업 분야에서 사용하는 폴리에틸렌 표면을 변형‧분해해 물리 화학적 내구성을 약화하는 미생물을 발견했다.
농업용으로 가장 많이 이용하는 플라스틱은 내구성과 내화학성이 우수한 폴리에틸렌(PE)으로 멀칭 비닐, 온실 피복 비닐 등에 쓰인다. 이렇게 사용 후 버려진 폐비닐은 분해되지 않고 남아 농업환경에 영향을 주기 때문에 이를 친환경적으로 분해하기 위한 연구가 활발하게 이뤄지고 있다.
이번에 발견한 미생물은 국내 농경지와 산림에서 분리한 곰팡이 플레우로투스 속 KACC 83073BP와 트라메테스 트로기 KACC 83074BP다.
이 미생물들은 폴리에틸렌 필름 표면에 붙어 생물학적 분해의 첫 단계인 열화(산화) 과정*을 촉진하고 폴리에틸렌의 기계적 특성을 크게 떨어뜨리는 효과를 나타냈다.
* 분해 단계: 생물 열화(Biodeterioration; 물리 화학적 특성이 나빠지는 현상) → 생물 절단(Biofragmentation) → 동화(Assimilation) → 무기화(Mineralization)
단일 처리했을 때 멀칭 필름 산화 효과가 가장 우수한 미생물은 트라메테스 트로기 KACC 83074BP였다. 균주 처리 10일 후 플레우로투스 속 KACC 83073BP를 단일 처리했을 때보다 산화 효과가 44.7% 우수했다. 트라메테스 트로기 KACC 83074BP의 전사체*를 분석한 결과, 폴리에틸렌 필름의 열화 과정 초기와 후기에 발현이 증가하는 유전자가 있었다.
* 전사체: 일정한 시간과 상황에서 한 세포에 존재하는 모든 RNA 분자의 합
플레우로투스 속 KACC 83073BP는 단일 처리할 때보다 프리에스티아 속 HRK33 KACC 81283BP과 함께 배양할 때 폴리에틸렌 초기 산화 개시일이 50% 이상 단축됐다.
일반적으로 미생물이 플라스틱을 산화하는데 최소한 한 달 이상 소요된다는 연구 결과가 보고돼 있다. 하지만 이번에 찾은 미생물은 약 7일간 배양했을 때 폴리에틸렌 표면의 산화가 시작됐다는 점에서 분해 촉진 효과가 우수한 것을 확인할 수 있었다.
농촌진흥청은 폴리에틸렌 분해 촉진 미생물과 관련해 특허* 4건을 출원했다. 연구 결과는 ‘단백질체학을 이용한 폴리에틸렌 분해 효소 및 분해 기작 구명 사업(국제농업기술협력사업)’의 기초 정보로 활용할 예정이다.
* 저밀도폴리에틸렌 표면 산화 곰팡이(10-2022-0171610, 10-2022-0171646), 저밀도폴리에틸렌 산화 미생물 조합(10-2023-0170560, 10-2023-0170561)
농촌진흥청 농업미생물과 김상범 과장은 “매년 버려져 환경에 유입되는 플라스틱 양이 상당해 이에 대한 친환경적인 처리 대안이 요구되고 있다. 이번 연구는 폐플라스틱의 친환경적 처리를 위한 연구 기반을 확보했다는 데 큰 의미가 있다.”라며, “앞으로 전사체, 단백질체 등 오믹스 툴*을 이용해 폴리에틸렌 분해 효소 작용기작을 밝히는 데 최선을 다할 계획이다.”라고 말했다.
* 오믹스 툴: 게놈, RNA, 단백체, 대사체 등 광범위한 분야의 종합적 분석 방법
김경호
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