생명체는 죽은 뒤 자연적으로 분해돼 사라진다. 식물이나 동물 소재로 만든 가구나 의류 역시 시간이 지나면 분해 과정을 거친다. 반면 플라스틱은 자연 상태에서는 사실상 분해되지 않는다. 

그렇다면 플라스틱이 살아 있는 생명체처럼 스스로 분해될 수 있다면 어떨까.

홍콩중문대학교 연구진이 특정 조건에서 스스로 분해되는 ‘살아있는 플라스틱’을 개발했다고 과학매체 뉴아틀라스가 최근 보도했다. 해당 연구는 미국 화학회(ACS)에서 발행하는 국제학술지 ‘어플라이드 폴리머 머터리얼스’에 실렸다.

연구진은 플라스틱을 분해할 수 있는 미생물을 플라스틱 내부에 직접 삽입하는 방식으로 이번 기술을 구현했다. 플라스틱 안에 삽입된 미생물은 평소 휴면 상태를 유지하다가 약 48~50도의 영양 배양액에 노출되면 활성화돼 수일 내 플라스틱을 거의 완전히 분해했다.

연구팀은 특정 미생물이 효소를 이용해 긴 고분자 사슬을 분해한다는 점에 주목했다. 플라스틱 역시 긴 고분자 사슬 구조로 이뤄져 있다. 연구진은 고초균(Bacillus subtilis) 포자에 플라스틱 분해 효소를 생성하도록 유전자를 조작한 뒤, 휴면 상태의 미생물을 플라스틱 매트릭스 내부에 삽입했다.

열에 의해 활성화된 미생물 포자는 깨어나 효소를 분비하고, 이 효소가 플라스틱을 내부에서부터 화학적으로 분해하는 방식이다. 연구진은 이 기술을 활용해 생분해성 플라스틱인 폴리카프로락톤 (PCL)을 4~6일 만에 98% 이상 분해하는 데 성공했다.

미생물을 이용한 플라스틱 분해 연구 자체는 새로운 개념이 아니다. 하지만 연구진은 이번 기술이 두 가지 측면에서 기존 연구와 차별화된다고 설명했다.

우선 기존 PCL 분해 연구가 단일 효소 시스템에 의존했던 것과 달리, 이번 연구에서는 유전자 조작을 통해 서로 협력하는 두 종류의 플라스틱 분해 효소를 생성하도록 했다. 하나의 효소는 긴 고분자 사슬을 여러 지점에서 빠르게 절단해 구조를 약화시키고, 다른 효소는 잘려 나온 조각을 더욱 작은 분자로 분해해 미생물이 쉽게 처리할 수 있도록 만든다.

두 번째 핵심은 유전자 조작된 미생물 포자를 플라스틱 내부에 직접 삽입했다는 점이다. 연구진은 이를 통해 미생물과 플라스틱이 하나의 물질처럼 작동하는 ‘자가 분해형 플라스틱’을 구현했다고 설명했다.

관련기사

다만 이 플라스틱은 자연 상태에서 자동으로 분해되지는 않는다. 약 50도의 특수 영양 배양액이 촉매 역할을 하며, 해당 용액과 접촉해야만 미생물 포자가 활성화돼 분해가 시작된다.

연구진은 향후 대부분의 플라스틱 오염이 강과 바다 등 수계로 유입된다는 점을 고려해 물 기반 촉매 시스템 개발을 목표로 하고 있다. 또한 현재의 PCL뿐 아니라 일회용 플라스틱 등 다양한 플라스틱 소재에도 기술을 확대 적용할 계획이라고 밝혔다.