합성생물학을 통해 플라스틱 분해능이 우수한 미생물을 상향식(bottom-up) 방식으로 개발하는 기술

플라스틱 분해능이 우수한 미생물의 유전체를 디자인(design)-빌드(build) -테스트(test)-런(learn) 사이클로 합성하여 해양 등에 심각한 환경오염을 일으키는 플라스틱 문제해결에 기여

향후 5년 : 플라스틱 분해 효소/미생물의 발굴 및 활성 증대플라스틱 분해 미생물의 시스템생물학 연구(NGS 기반 오믹스 데이터, in silico 모델 개발 등)

향후 10년 : 플라스틱 분해 인공미생물 유전체 합성 및 최적화플라스틱 분해 인공미생물의 오염 현장 적용

1) 플라스틱 분해 효소/미생물의 대용량 초고속 탐색기술

- 자연계(메타게놈)에서 플라스틱을 분해하도록 진화된 효소/미생물을 초고속으로 프로파일링

2) 플라스틱 분해 효소의 분자진화기술

- 플라스틱 분해 효소의 활성을 큰 폭으로 증가시킬 수 있는 단백질 분자진화

3) 플라스틱 분해의 대사경로 재설계 및 최적화기술

- 플라스틱을 분해하는 자연계 미생물의 분해경로 재설계를 통한 플라스틱 분해 최적화

4) 인공유전체 합성 및 실험진화기술

- 플라스틱 분해 인공유전체의 설계, 합성, 검증 및 실험진화를 통한 최적화

- 머신러닝 및 AI 연계를 통한 다양한 플라스틱 분해 인공유전체 합성 자동화

인공유전체 합성기술은 이미 보고된 바 있으나, 기능을 부여하여 원하는 목적을 수행할 수 있는 맞춤형 인공유전체의 설계, 합성, 적용은 현재까지 보고된 바 없음 - 머신러닝 및 AI가 연계되어 인공유전체 합성을 자동화, 고속화시킬 수 있는 기술적 진전 필요

2016년 PET 분해 박테리아 Ideonella sakaiensis 발견(일본)

2017년 플라스틱 분해 벌레 Galleria mellonella 발견(스페인)

2018년 플라스틱 분해 곰팡이 Asperfillus tubingensis 발견(영국)

2018년 PET 분해 박테리아로부터 플라스틱 분해 효소의 발견(영국)

2018년 PET 분해 효소의 3차 구조 규명(중국, 한국)

KAIST 등에서 생분해성 플라스틱 모노머의 미생물 기반 생산 연구가 시도되고 있으며, KAIST와 경북대 공동연구팀에서 PET 분해효소의 단백질 구조 규명 성공, 효소 활성 개량 시도 중

하지만 플라스틱 분해 미생물의 대사, 조절경로 등의 네트워트 분석 및 인실리코 모델 개발 연구 부재

플라스틱 쓰레기의 해양 투기는 해양 생물, 관광, 어업 등에 미치는 피해가 연간 최소 130억 달러(약 13.2조원)에 달하는 것으로 조사 * 출처 : UNEP, 유엔환경계획, 2014플라스틱 오염으로 인한 환경처리 비용 및 경제적 손실 막대 - 플라스틱 포장재의 14%만이 재활용. 연간 800억∼1,200억달러 (약 92∼139조원) 가치의 플라스틱 포장재 폐기. 대부분의 플라스틱 포장재는 한번 사용되고 버려져 환경오염 야기 * 출처 : World Economic Forum, The New Plastics Economy : Rethinking the future of plastics, 2016.1

플라스틱 폐기에 따른 환경오염과 생태계 파괴를 방지할 수 있으며, 미세플라스틱 오염으로 인한 먹거리 안전에 대하 사회적 공포를 해소하는 데에 기여 - 매년 최소 800만톤의 플라스틱이 바다로 유출되고 있고, 이것은 1분 마다 쓰레기 트럭 1대분의 쓰레기를 바다에 투기하기 것과 같은 양임 - 이러한 상황이 지속된다면 2050년에는 물고기보다 플라스틱 쓰레기의 무게가 더 나갈 것으로 전망(2025년 플라스틱 쓰레기와 물고기 중량 비율 1:3)

플라스틱을 분해하도록 진화된 효소, 미생물을 자연계에서 초고속, 대용량으로 탐색할 수 있는 기술 개발 및 DB 구축 필요인공적으로 합성된 미생물에 대한 규제 가이드라인이 정립될 필요가 있으며, 규제가 마련되기 전에는 광범위한 현장적용에 한계가 있으므로 실용화 접근방안에 대한 심도있는 논의 필요

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