KAIST, 살아있는 미생물 내 바이오 플라스틱 생성 관찰 최초 성공

KAIST 생명화학공학과 이상엽 특훈교수, 물리학과 박용근 석좌교수 공동연구팀이 3차원 홀로그래픽 현미경 기술을 이용해 바이오 플라스틱을 생산하는 박테리아를 심층 분석하는데 성공했다.

기존 합성 플라스틱을 대체할 친환경 바이오 플라스틱으로 토양이나 해양에서 생분해가 가능한 이 물질을 생산할 공정 개발에 큰 도움이 기대된다.

27일 KAIST에 따르면 전 세계적으로 폐플라스틱으로 인한 환경오염 및 생태계 파괴, 미세 플라스틱의 인류 보건 위협 등의 문제가 심각해짐에 따라 다양한 규제 및 대안 기술들이 연구되고 있다.

그중 미생물로부터 만들어지는 폴리에스테르인 폴리하이드록시알카노에이트 (polyhydroxyalkanoate, 이하 PHA)가 기존 합성 플라스틱을 대체할 친환경 바이오 플라스틱으로 많은 관심을 받고 있다.



하지만, 기술적 한계로 세포 내에서 PHA 과립 형성에 대한 완전한 이해가 어려웠다.

이에 KAIST 이상엽 특훈교수와 박용근 석좌교수 공동연구팀은 최근 떠오르고 있는 3차원 홀로그래픽 현미경 기술을 통해 PHA 생산 박테리아의 심층 관찰 및 정량·정성 분석 연구를 수행했다.

연구팀은 재구성된 세포의 3차원 굴절률 분포로 단일세포 수준에서 세포와 세포 내 과립의 3차원 시각화 및 이를 통한 부피, 질량, 밀도, 분포 등의 정량 분석에 성공했다.

수백개의 단일 세포들과 세포 내의 PHA 과립에 대한 정량 및 이의 통계 분석을 통해 두 미생물에서의 PHA 과립 형성의 차이점을 도출해냈다.

특히, 단일세포 내의 PHA 과립의 밀도의 개념을 새롭게 제시했으며, 두 미생물에서의 PHA 과립의 밀도의 차이 및 세포 내 분포 형태 및 위치에 대한 특이적인 차이를 발견했다.

더 나아가 두 미생물의 PHA 과립 형성의 차이를 나타내게 하는 핵심 단백질을 규명해, 재조합 대장균의 PHA 과립 형성의 양상을 쿠프리아비두스 네카토르와 유사하게 변화시킬 수 있었다.

KAIST 이상엽 특훈교수는 “이번 연구는 생물학과 물리학의 융합 연구로서 이뤄진 성과라는 데에 큰 의의가 있다”라며 “향후 다양한 바이오 플라스틱 생산 공정 개발에 큰 도움이 될 것”이라고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 국제 학술지인 ‘미국국립과학원회보’ 27일자 온라인판에 게재됐다.

km5030@news1.kr