우리의 일상이 플라스틱과 떼려야 뗄 수 없는 관계가 된 지 오래입니다.

무심코 사용하고 버리는 일회용 플라스틱은 매립지를 가득 채우고, 우리의 건강까지 위협하는 심각한 문제로 대두되고 있습니다.

이러한 상황 속에서 서던 일리노이 대학교 카본데일 캠퍼스(SIU Carbondale) 연구팀이 플라스틱 문제 해결에 희망을 제시하는 혁신적인 연구 결과를 발표했습니다.

이들은 새로운 종류의 박테리아를 활용하여 지속 가능한 바이오 제품을 생산하는 기술을 개발했습니다.

플라스틱 소비, 그 위험한 민낯

매일 아침 커피 한 잔, 점심 식사의 커틀러리, 저녁에 마시는 탄산음료까지.

우리는 상상 이상으로 많은 일회용 플라스틱을 소비합니다.

문제는 이러한 플라스틱이 땅에 묻혀 수십 년, 길게는 수백 년 동안 썩지 않고 환경을 오염시킨다는 것입니다.

재활용률이 높아지고 있지만, 이것만으로는 근본적인 해결책이 되지 못합니다.

플라스틱 병을 재활용할 때 새 플라스틱 병으로 재탄생할 수 있는 비율은 30%에 불과하며, 재활용될수록 플라스틱의 물성은 저하되어 결국 새 플라스틱을 생산해야 하는 비효율적인 구조를 벗어나지 못합니다.

더욱 심각한 문제는 우리 몸속에서 발견되는 미세 플라스틱과 나노 플라스틱의 존재입니다.

플라스틱 용기에 담긴 음식을 데워 먹거나 플라스틱 물병을 사용할 때, 미세한 플라스틱 입자가 우리 혈류, 장기, 조직으로 침투할 수 있습니다.

70여 년 전, 플라스틱이 처음 발견되었을 때는 엄청난 편리함을 가져다주었지만, 이제는 물, 토양, 농업 시스템을 넘어 우리 몸속까지 침투하며 그 위험성이 점차 드러나고 있습니다.

‘Erwinia LJJL01’, 플라스틱을 분해하는 새로운 희망

서던 일리노이 대학교 생물학과 부교수인 라히루 자야코디(Lahiru Jayakody) 박사와 그의 연구팀은 이러한 플라스틱 문제를 해결하기 위해 독특한 박테리아를 연구해왔습니다.

이들이 주목한 것은 바로 **’Erwinia spp.

strain LJJL01’**이라는 새로운 미생물입니다.

이 박테리아는 단순히 플라스틱을 분해하는 것을 넘어, 이를 활용하여 생분해성 플라스틱, 지속 가능한 항공유, 의약품 등 고부가가치 바이오 제품을 생산할 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다.

연구팀은 본래 폐기되는 바이오매스(농업 잔여물 등)에서 분해하기 어려운 리그닌(lignin)이라는 물질을 분해할 수 있는 미생물을 찾고 있었습니다.

리그닌 분해 과정에서 생성되는 시링골(syringol)이라는 분자를 활용하고자 했던 것입니다.

여러 지역을 탐색한 끝에, 아이러니하게도 연구팀은 이전 동료인 제프 링거(Jeff Linger)의 집 뒷마당에서 버려진 숯 샘플에서 이 미생물을 발견했습니다.

초기에는 식물 병원균으로 알려진 Erwinia 계열이었지만, 이 균주(LJJL01)는 미국에서 발견된 최초의 잠재적으로 비병원성 Erwinia 균주로, 폐기된 바이오매스나 심지어 합성 플라스틱 분해 화합물에서도 생존하고 성장할 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다.

놀라운 변신: 플라스틱 폐기물이 고부가가치 제품으로

SIU에 부임한 자야코디 박사는 이 Erwinia 균주의 잠재력을 더욱 깊이 연구하기 시작했습니다.

지난 6년간 연구팀은 이 미생물에게 합성 및 천연 폐기물을 먹이로 주면서 유전적 요소를 변경하여 고부가가치 바이오 제품을 생산하도록 개량했습니다.

그 결과는 놀라웠습니다.

  • 플라스틱 폐기물 및 커피/차 찌꺼기 → 미생물 → 뮤콘산 → 생분해성 플라스틱 생산에 사용되는 화학 물질
  • 설탕 또는 섬유 폐기물 → 미생물 → 아세토인 → 생분해성 제트 연료 생산
  • 플라스틱 폐기물 및 커피/차 찌꺼기 → 미생물 → 화학 요법 치료제 및 아동 근시 치료제 성분
  • 과잉 농업 폐기물 탄소 → 미생물 → 폴리하이드록시부티레이트(PHB) 및 폴리락트산(PLA) → 식품 포장재 생산
  • 콩 폐기물 → 미생물 → 폴리에스터 아미드 → 생분해성 나일론 생산

이러한 고부가가치 화학 물질들은 생분해성 플라스틱뿐만 아니라 유리 섬유 강화 플라스틱과 같은 첨단 소재 생산에도 활용될 수 있으며, 바이오 기반 재활용을 가능하게 합니다.

더 나아가, 이 균주는 PVC 파이프로 잘 알려진 폴리염화비닐(PVC) 생산에 사용되는 프탈레이트와 같은 독성 화학 물질을 대체할 친환경적인 생물학적 공정에 필요한 화합물을 만드는 데 사용될 수 있습니다.

자야코디 박사는 이 균주를 “매우 강력하고 다재다능한 미생물”이라 칭하며, 플라스틱 폐기물 분해뿐만 아니라 플라스틱 오염 문제를 해결하는 제품 생산에도 기여할 수 있는 뛰어난 유전적 특성을 가지고 있다고 강조했습니다.

이러한 획기적인 연구 결과는 생명공학 분야 최고 권위 학술지 중 하나인 ‘Trends in Biotechnology’에 **”A catabolic powerhouse for biorefineries: characterization and engineering Erwinia spp.

strain LJJL01 to produce bioproducts”**라는 제목으로 게재되며 그 가치를 인정받았습니다.

차세대 과학자를 키우는 SIU의 교육 철학

이 연구의 성공 뒤에는 자야코디 박사의 헌신적인 지도와 더불어, 다양한 학문적 배경을 가진 학생들의 열정이 있었습니다.

현재 연구팀에는 박사 과정 학생, 박사 후 연구원, 고등학생까지 폭넓은 연령대와 경험을 가진 학생들이 참여하고 있습니다.

특히 SIU는 학부생들이 첨단 연구에 참여할 기회를 제공함으로써, 다른 대학에서는 찾아보기 힘든 독특한 교육 환경을 제공하고 있습니다.

이러한 SIU의 R1 연구 대학 지정은 우수한 대학원생 유치와 더불어, 학부생들에게도 높은 수준의 연구 경험을 제공하는 밑거름이 되고 있습니다.

연구팀의 일원인 락시카 디사나야케(Lakshika Dissanayake)는 2020년부터 이 프로젝트에 참여하며 박사 학위 과정 중에도 박테리아 연구에 매진하고 있습니다.

그녀는 이 미생물과의 작업을 통해 얻는 놀라운 결과에 감탄하며, 본인의 연구를 통해 환경 연구 및 교육 재단(EREF) 장학금을 받는 쾌거를 이루기도 했습니다.

또한, 고등학교 1학년 때부터 연구실에 합류한 이사벨 호우(Isabell Hou) 학생은 그래프 분석, 데이터 처리, 소규모 실험 등 다양한 실무 경험을 쌓으며 과학 분야에 대한 열정을 키워나가고 있습니다.

이는 SIU가 모든 단계의 학생들을 하나의 목표를 향해 나아가게 하는 융합적 연구 환경을 성공적으로 구축했음을 보여주는 사례입니다.

미래를 향한 다음 단계

연구팀은 현재 개발된 각 화학 공정이 연방 정부의 규제 승인을 받는 것을 다음 목표로 삼고 있습니다.

이러한 승인을 통해 이 미생물과 이를 활용한 고부가가치 제품의 산업적 활용이 본격화될 것입니다.

궁극적으로는 플라스틱 폐기물로 인한 환경 오염을 줄이고, 지속 가능한 미래를 위한 혁신적인 바이오 제품 생산 시스템을 구축하는 데 크게 기여할 것으로 기대됩니다.

이 연구는 단순한 과학적 발견을 넘어, 우리 사회가 직면한 심각한 환경 문제를 해결할 수 있는 실질적인 해결책을 제시한다는 점에서 큰 의미를 갖습니다.

출처: https://news.siu.edu/2026/04/042726-siu-researchers-use-new-bacteria-to-create-sustainable-bio-products.php