KAIST, 살아있는 미생물 내 바이오 플라스틱 생성 관찰

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 3차원 홀로그래픽 현미경 기술을 이용해 살아 있는 미생물 내 바이오 플라스틱의 생성 과정을 관찰했다.

한국과학기술원(KAIST)은 이상엽 생명화학공학과 특훈교수와 박용근 물리학과 석좌교수 공동연구팀이 이 같은 성과를 거뒀다고 27일 밝혔다.

이상엽 특훈교수(왼쪽)와 박용근 석좌교수(오른쪽).(사진=한국과학기술원)

전 세계적으로 폐플라스틱에 따른 환경오염과 생태계 파괴, 미세 플라스틱의 인류 보건 위협 등의 문제가 심각해지면서 다양한 기술들이 연구되고 있다. 미생물로 만드는 폴리에스테르인 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)는 기존 합성 플라스틱을 대체할 친환경 바이오 플라스틱 중 하나다.

PHA는 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌과 같은 범용 플라스틱과 물성이 비슷해 용기 포장재, 비닐, 일회용품에 쓸 수 있다. 토양이나 해양 환경에서 생분해도 가능한 고분자이다.

PHA는 미생물이 환경 변화나 세포 상태에 따라 탄소원, 에너지원으로 세포속에 축적한다. 축적 원리를 관찰하기 위해 형광 현미경, 투과전자현미경 등을 이용했지만 2차원적인 이미지만을 보여주거나 세포 그대로의 상태에서 관측하기 어려웠다.

연구팀은 3차원 홀로그래픽 현미경 기술을 이용해 PHA 생산 박테리아를 관찰하고 정량·정석적으로 분석했다. PHA의 한 종류인 PHB 생산 미생물로 잘 알려진 쿠프리아비두스 네카토르와 이 미생물의 PHB 합성 대사회로 유전자를 가진 재조합 대장균을 이용해 분석했다.

실시간 모니터링을 통해 최대 약 8시간 동안의 세포와 세포 내 PHA 과립의 성장 과정을 보여주는 3차원 영상도 만들었다. 미생물이 살아 있는 상태에서 별도 처리 과정이 없는 자연 상태 조건에서 세포 내 PHA 과립의 형성과 세포 분열과 연계된 이동을 3차원에서 실시간으로 관측했다.

이상엽 특훈교수는 “미생물의 PHA 생산 원리에 대해 더 깊이 이해할 수 있게 됐다”며 “생물학과 물리학 융합연구로 이뤄낸 성과이며, 앞으로 다양한 바이오 플라스틱 생산 공정 개발에 도움이 될 것”이라고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지인 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’에 27일자 온라인으로 게재됐다.