Isolation and Characterization of PET-Degrading Bacteria from Plastic Waste- Contaminated Soil in Western India

플라스틱 문제와 작은 영웅들

지구를 아주 튼튼하고 부서지지 않는 조립 블록으로 만들어진 거대하고 북적이는 도시라고 상상해 보세요. 수십 년 동안 우리는 PET(물병이나 탄산음료 용기에 쓰이는 물질)라고 알려진 특별한 종류의 블록을 사용해 왔습니다. 문제는 이 블록들이 너무 단단해서 자연의 일반적인 청소부인 박테리아나 곰팡이가 이를 어떻게 먹어야 할지 모른다는 점입니다. 이들은 사과 심지나 떨어진 잎처럼 썩지 않기 때문에, 매립지나 바다에 수백 년 동안 쌓여 있기만 합니다.

과학자들은 이 단단한 플라스틱 블록을 작고 무해한 부스러기로 분해하는 방법을 알아낸 미생물인 '슈퍼 저작자(super-chewer)'를 찾아 헤매고 있습니다. 이 연구 분야를 생물 정화(bioremediation)라고 부르는데, 이는 단순히 "우리가 만든 쓰레기를 치우기 위해 자연을 이용한다"는 뜻의 멋진 표현입니다. 큰 질문은 이것입니다. 과연 우리가 플라스틱을 벽이 아니라 간식처럼 취급하는 박테리아를 찾을 수 있을까요? 만약 우리가 그것을 찾는다면, 우리는 플라스틱 산을 영원히 태우거나 묻어버리는 대신 다시 단순하고 자연적인 성분으로 되돌릴 수 있을지도 모릅잡니다.

플라스틱 먹보들을 찾는 여정

이 연구에서 인도 서부의 인피니타 바이오텍(Infinita Biotech) 연구팀은 보물찾기를 떠나기로 했습니다. 그들은 만약 쓰레기 더미를 한곳에 오랫동안 방치하면, 자연이 결국 그 환경에 적응한다는 것을 알고 있었습니다. 그래서 그들은 플라스ка 스틱 폐기물이 수년간 놓여 있었던 구자라트주 바도다라의 오래된 매립지로 갔습니다. 그들은 플라스틱을 먹고 사는 법을 배웠을지도 모르는 작고 눈에 보이지 않는 영웅들을 찾기 위해 흙을 팠습니다.

대규모 발굴과 "투명 구역(Clear Zone)" 테스트
연구팀은 1~3미터 깊이의 토양 샘량을 채취했습니다. 실험실로 돌아온 그들은 "먹보 찾기" 게임을 했습니다. 그들은 토양을 물과 섞은 뒤, PET 플라스틱 조각들이 섞여 있는 특수한 젤리(한천) 플레이트에 펼쳤습니다. 이 플레이트 위의 유일한 음식은 바로 플라스틱 자체였습니다. 만약 어떤 박테리아가 그곳에 내려앉아 플라스틱을 먹는 법을 안다면, 그것은 자라나기 시작하며 플라스틱을 잘라낼 효소(작은 분자 가위)를 분비할 것입니다. 플라스틱이 녹으면서, 박테리아 군집 주변에는 마치 성 주변의 투명한 물 해자처럼 투명한 고리가 나타날 것입니다.

그들은 이 일을 할 수 있는 25종의 서로 다른 박테리아를 발견했습니다! 어떤 것들은 단 24시간 만에 구역을 비울 정도로 빨랐고, 어떤 것들은 시간이 좀 더 걸리기도 했습니다. 그들은 이 25종의 박테리아를 투명한 고리를 만드는 속도와 그들이 그람 양성인지 그람 음성인지(박테리아를 구분하는 기본적인 방법으로, 세포벽의 '갑옷'에 따라 분류하는 것과 같습니다)에 따라 네 팀으로 나누었습니다.

소금 도전: 바다에서도 헤엄칠 수 있을까?
여기서 정말 멋진 부분이 나옵니다. 연구원들은 이 박테리아들이 소금물이 가득한 바다와 같은 염분이 높은 환경에서도 살아남을 수 있는지 알고 싶었습니다. 그들은 3%와 5%의 소금이 들어있는 플레이트에서 박테리아를 테스트했습니다. 대개 높은 염분은 박테리아를 죽이거나 활동을 멈추게 합니다. 하지만 결과는 어땠을까요? 놀랍게도 이 많은 플라스틱 먹보들은 살아남았을 뿐만 아니라, 오히려 번성했습니다! 사실, 일부는 일반적인 물에서보다 소금물에서 더 큰 투명 구역을 만들기도 했습니다. 이는 이들이 육지뿐만 아니라 해양의 플라스틱 오염을 정화하는 데 완벽한 후보가 될 수 있음을 시사합니다.

이 슈퍼 먹보들의 정체는 누구인가?
연구팀은 가장 성적이 좋은 9종의 박테리아를 가지고 첨단 실험실로 가서 DNA 시퀀싱을 진행했습니다. 그들은 자신들이 정확히 누구를 상대하고 있는지 알고 싶었습니다. 결과는 대부분의 박테리아가 Pseudomonas와 Stutzerimonas라는 두 가지 주요 가문에 속한다는 것을 보여주었습니다. 구체적으로, 그들은 Pseudomonas yangonesis와 Stutzerimonas stutzeri와 같은 종들을 발견했습니다. 이것들이 처음 발견된 새로운 종은 아니지만, 이 특정 맥락에서 발견되고 플라스틱에 대해 매우 잘 작동한다는 점이 핵심적인 발견입니다.

플라스틱이 실제로 사라졌음을 증명하기
단순히 박테리아가 투명한 구역을 만들었다고 해서 그것이 실제로 플라스틱을 먹었다는 뜻은 아닙니다. 어쩌면 그저 위치를 옮겼을 수도 있습니다. 박테리아가 정말로 플라스틱을 분해하고 있다는 것을 증명하기 위해, 연구원들은 얇은 층 크로마토그래피(TLC)라는 기술을 사용했습니다. 이것을 탐정의 지문 테스트라고 생각하면 됩니다. 그들은 박테리아 탱크에서 액체를 가져와 특수 필터를 통과시켰습니다. 그들은 "테레프탈산(terephthalic acid, TPA)"과 "비스(2-하이드록시에틸) 테레프탈레이트(bis(2-hydroxyethyl) terephthalate, BHET)"의 화학적 지문을 발견했습니다. 이것들은 PET 플라스틱이 먹힐 때 분해되는 구체적인 조각들입니다. 이 조각들을 발견함으로써, 박테리아가 실제로 플라스틱을 그 구성 성분들로 잘게 자르고 있다는 것이 확인되었습니다.

"슈퍼 그룹"과 미래
연구원들은 또한 모든 박테리아를 하나의 큰 "컨소시엄"(공동체, 팀 노력)으로 섞어서 실험해 보았습니다. 어떤 개별 박테리아들은 투명 구역을 만드는 데 뛰어났지만, 혼합된 그룹은 액체 테스트에서 항상 플라스틱을 효율적으로 분해하지는 못했습니다. 이는 박테리아들이 함께 일할 때, 때때로 서로의 길을 막거나 자원을 두고 경쟁하여, 단독으로 일하는 강력한 일꾼 하나가 할 때보다 일을 더 어렵게 만들 수 있음을 시사합니다.

그들은 또한 박테리아가 방출한 "분자 가위"(효소)를 특수 필터를 사용하여 물속에서 농축하는 데 성공했습니다. 그들은 액체가 단백질로 풍부해지는 것을 보았으며, 이는 박테리아가 플라스틱을 자르는 데 필요한 도구들을 실제로 분비하고 있음을 확인시켜 주었습니다.

의미하는 바 (그리고 그렇지 않은 것)
이 논문은 우리가 염분이 있는 조건에서도 플라스틱을 먹을 수 있는 유망한 인도 토착 박테리아 그룹을 발견했음을 시사합니다. 이는 이 박테리아들이 PET를 TPA와 같은 더 단순한 화학 물질로 바꿀 수 있음을 증명합니다. 그러나 이 연구는 또한 그들이 플라스틱의 무게가 정확히 얼마나 감소했는지 완벽하게 측정할 수는 없었으며(수치는 0.1%에서 0.7% 사이로 매우 작았습니다), 자르는 역할을 하는 모든 개별 효소의 구체적인 이름을 완전히 식별하지 못했다는 점도 언급합니다.

따라서 이것이 세상의 모든 플라스틱을 즉각적으로 치워줄 마법 지팡이는 아닐지라도, 매우 강력한 단서가 됩니다. 이는 자연이 이미 적응을 시작했다는 것을 보여주며, 이러한 특정 박테리아를 찾고 이해함으로써 우리는 미래에 플러틱 폐기물을 정화하기 위한 더 나은 자연적인 방법을 구축할 수 있을지도 모릅로써 보여줍니다. 연구원들은 이제 이 박테리아들을 더욱 면밀히 연구하여 우리가 어떻게 플라스틱 문제를 정면으로 다룰 수 있을지 알아볼 계획입니다.