연구성과

화공 차형준 교수팀, 거저리 유충, ‘환경 골칫덩이’ 플라스틱 먹어치운다

2020-07-15 837

[산맴돌이거저리 유충 이용한 폴리스타이렌 생분해 확인]

북태평양에는 한반도의 7배의 크기에 달하는 거대 플라스틱 쓰레기 섬이 존재한다. ‘태평양 거대 쓰레기 지대(Great Pacific Garbage Patch)’라고 불리는 이 쓰레기섬은 1초마다 2만 개가 소비되는 플라스틱이 매년 1300만 톤씩 바다로 유입되며 생겨난 것이다. 플라스틱은 자연적으로 썩어 분해되는 데까지 짧게는 수십 년에서 길게는 수백 년까지 걸리는데, 비닐봉지는 10~20년, 나일론 제품이나 1회용 빨대는 30~40년, 흔히 사용하고 버리는 플라스틱 생수통은 500년이 지나야 분해된다. 이렇게 ‘인류의 재앙’이 되어 돌아오고 있는 플라스틱을 우리나라에서 흔히 볼 수 있는 거저리과 곤충이 먹어 치울 수 있는 것으로 최근 확인됐다.

화학공학과 차형준 교수, 통합과정 우성욱씨 팀은 안동대학교 송인택 교수와 공동연구를 통해 딱정벌레목의 곤충인 ‘산맴돌이거저리(학명 Plesiophthalmus davidis)’의 유충이 분해가 매우 까다로운 폴리스타이렌(polystyrene)을 생분해할 수 있음을 처음으로 밝혀냈다.

2017년도까지 전 지구에서 플라스틱 쓰레기는 83억 톤이 생산됐으며, 그중 9% 이하만이 재활용됐다. 전체 플라스틱 생산량의 6% 정도를 차지하는 폴리스타이렌은 특이한 분자 구조 때문에 분해가 매우 어려운 것으로 알려져 있다.

연구팀은 우리나라에 서식하는 산맴돌이거저리의 유충이 폴리스타이렌을 먹어 질량을 줄일 수 있고, 소화 후 폴리스타이렌의 분자량이 낮아지는 것을 발견했다. 또한, 산맴돌이거저리의 유충에서 장내 균총을 분리해 폴리스타이렌을 산화시키고 형태를 변화시킬 수 있다는 것을 확인했다.

한편, 연구팀은 산맴돌이거저리 유충의 장내에서 세라티아(serratia)*1를 분리하여 동정(同定)*2했다. 산맴돌이거저리 유충에게 폴리스타이렌을 2주간 먹였을 때 장내 균총 구성에서 그 비율이 6배로 늘어나 전체 균들의 33%를 차지하는 것을 확인했다. 특이하게도 이러한 장내 균총의 경우 일반적인 곤충과 다르게 매우 간단한 종 군집(6속 이하)으로 이루어져 있음을 확인했다.

이전까지 발견된 폴리스타이렌 분해 곤충은 배설물에서도 잔여 폴리스타이렌이 존재하는 것으로 나타났다. 이는 지속해서 분해가 가능한 박테리아를 이용해야만 폴리스타이렌을 완전히 분해할 수 있다는 것을 의미한다.

이번 연구에서 밝혀진 산맴돌이거저리 유충의 ‘독특한 식성’은 지금까지 알려진 곤충뿐만 아니라 거저리과나 썩은 나무를 섭식하는 곤충들이 폴리스타이렌을 분해할 수 있다는 가능성을 보여준다. 또한, 산맴돌이거저리 유충의 간단한 장내 균총 구성과 장내 균총 내에 폴리스타이렌 분해 균주를 이용해 이전까지 진행할 수 없었던, 균총을 이용한 폴리스타이렌의 효과적인 분해 기술 개발도 기대할 수 있다.

이 연구는 제1저자인 우성욱 씨가 어린 시절부터 관심을 가졌던, ‘곤충’을 활용한 연구로, 곤충을 응용해 세상을 더 나은 곳으로 바꾸기 위해 대학에 입학하자마자 차형준 교수를 직접 찾아가 지도를 받으며 실험에 몰두한 결과물이라는 점에서도 눈길을 모은다.

교신저자인 차형준 교수는 “우리나라를 포함한 아시아 지역에 서식하는 산맴돌이거저리 유충과 장내 균총이 플라스틱을 완전 생분해 할 수 있는 새로운 종을 발견했다”며 “이 연구에서처럼 분리・동정한 플라스틱 분해 박테리아를 이용하면, 완전 분해가 어려웠던 폴리스타이렌을 생분해할 수 있어 플라스틱 쓰레기 문제 해결에 기여할 것”이라며 연구 의의를 밝혔다.

한편, 이 연구 결과는 응용 및 환경미생물 분야의 전통적 권위지인 ‘응용·환경미생물학(Applied and Environmental Mircobiology)’ 온라인판에 최근 게재됐다.
 


1. 세라티아(serratia)
1-5 마이크로미터(μm) 정도 크기의 그람 음성간균이 속해 있는 속(genus) 이다.

2. 동정(同定)
화학적 분석과 측정 따위로 해당 물질이 다른 물질과 동일한지 여부를 확인하는 일. 또는 그 물질의 소속과 명칭을 정하는 일.