농촌진흥청(청장 권재한)은 경상국립대학교(장유신 교수 연구팀)와 함께 영농 폐비닐을 분해할 수 있는 미생물을 선발하고, 이를 활용한 분해 공정 기술도 개발했다.
영농 폐비닐 주성분은 매우 단단한 화학 구조를 가진 난분해성 저밀도폴리에틸렌(LDPE)*으로, 자연 분해가 어렵다.
*저밀도폴리에틸렌(Low Density PolyEthylene): 탄소 원자 하나와 수소 원자 두 개가 결합한 에틸렌 단량체가 가지(branch) 구조로 연결된 고분자 물질
주로 토양에 묻어 폐기하는 영농 폐비닐로 토양 오염 등 사회적 문제가 야기되고 있는 가운데 저밀도폴리에틸렌을 친환경적으로 생분해할 수 있는 관련 연구가 진행되고 있다. 그러나 미생물을 이용해 저밀도폴리에틸렌을 생분해하기 위해서는 첫 단계인 표면 산화에만 수개월이 걸린다고 보고돼 다양한 미생물 선발과 분해 공정 기술 개발이 필요하다.
연구진은 저밀도폴리에틸렌을 분해할 수 있는 미생물 ‘아시네토박터 노소코미알리스(Acinetobacter nosocomialis) GNU001’를 선발하고 배양 조건을 최적화*했다.
*배양 온도 37℃, 산성도(pH) 5-9, 탄소원(과당), 질소원(효모 추출물)
또한, 지금까지 보고된 저밀도폴리에틸렌 분해 속도*보다 1.5~4.5배 빠른 미생물 분해 공정 기술을 개발했다. 선발한 미생물을 양분이 풍부한 배지에서 대량 배양해 세포 밀도를 높인 다음 저밀도폴리에틸렌 필름이 포함된 배지에 넣어 생물반응기에서 함께 배양하는 기술이다.
이 기술을 적용한 결과, 28일 만에 저밀도폴리에틸렌 필름에 구멍이 뚫리는 것을 현미경으로 관찰할 수 있었다.
*현재까지 학술적으로 보고된 저밀도폴리에틸렌 분해 시간: 45~120일
이와 함께 연구진은 저밀도폴리에틸렌 분해능이 확인된 ‘아시네토박터 노소코미알리스 GNU001’ 유전체를 분석, 관련한 핵심 유전자와 효소를 발굴했다. 시스템 대사공학*을 기반으로 효소를 개량해 저밀도폴리에틸렌 분해능을 높이고, 세포 표면에 분해 효소를 발현해 효과를 높일 수 있는 합성 미생물도 개발했다.
*시스템 대사공학: 생명공학, 시스템 생물학, 대사 공학 등의 다양한 학문을 통합해 원하는 미생물 또는 세포 시스템을 설계, 개조, 최적화하는 학문 분야
이번 연구 결과는 국제학술지 Applied microbiology and biotechnology (IF 3.9)에 게재됐으며 미생물 특허 등록*도 완료됐다.
*플라스틱 분해 활성을 갖는 신규한 미생물(10-2461894-0000)
농촌진흥청은 연구 결과를 앞으로 추진할 폐플라스틱 저감 기술과 새활용(업사이클링) 연구에 활용할 계획이다.
농촌진흥청 농업미생물과 김상범 과장은 “이번 연구는 사회적으로 문제가 되는 영농 폐비닐을 친환경적으로 처리할 수 있는 기술적 기반을 확보했다는 데 큰 의의가 있다.”라며, “앞으로 영농 폐비닐을 포함한 농업부산물 처리와 자원화 기술을 적극적으로 추진해 농업 환경문제 개선에 노력하겠다.”라고 말했다.
