박테리아, 나방 등에서 분리해낸 환경오염물질 분해효소를 지닌 마이크로바이옴을 활용하여 플라스틱, 비닐 등 환경오염 물질을 분해하는 기술

유기체를 이용하여 플라스틱을 비롯한 난분해성 환경오염 물질을 분해하기 때문에 분해 과정에서 유해 물질이 발생하지 않아 친환경적이며, 안전한 환경 조성 가능

향후 5년 : 다양한 환경 조건에서 플라스틱, 비닐 그리고 첨가제와 같은 환경오염물질을 분해할 수 있는 신규 마이크로바이옴 및 유전자 동정

향후 10년 : 마이크로바이옴 및 분해 효소의 효율을 높이는 기술 발달로 다양한 환경오염 물질에서 새로운 자원을 생산

1) 오믹스 기반 분해 효소 동정 기술 - 동물, 곤충을 비롯하여 생태계에 존재하는 마이크로바이옴 분석을 통해 새로운 환경오염물질 분해 효소를 발굴하는 기술 - 전체적인 마이크로바이옴에서 발견되는 대사 경로를 분석하여 유전자 및 단백질 수준에서 표적 효소를 발굴하는 기술 - 동위원소를 이용하여 제작한 합성 플라스틱을 이용하여 마이크로바이옴 기반 분해 효소의 효율 분석 및 동정 기술 2) 고효율의 분해 효소 제작 기술 - 마이크로바이옴의 오믹스 빅데이터를 분석하여 환경오염물질을 분해할 수 있는 효소들에 대한 DB를 구축하고, 이를 통해 마이크로바이옴의 생합성 대사회로를 설계하고 제작하는 합성생물학 기술 - 효율적인 분해 효소를 생산하기 위하여 CRISPR 유전자편집기술을 활용하여 마이크로바이옴 대사회로의 유전자 발현을 조절하는 기술 - 분해 효소의 단백질 구조 분석 및 단백질 변형 기술

제한된 자원을 이용하여 생산되는 플라스틱 및 화학물질에 대한 환경오염 문제해결 및 재사용 효율을 증대시킬 혁신적 기술개발 필요 - 다양한 환경 속에 존재하는 마이크로바이옴의 특성 분석에 대한 메타게놈 결과를 바탕으로 신규 자원의 생산 및 환경오염물질을 분해할 수 있는 효소의 동정 및 활용 기술개발 필요

교토공예섬유대학(Kyoto institute of technology) 코헤이 오다 연구팀은 PET(polyethylene terephthalate)를 고효율로 분해하는 신규 PETase를 규명(Science. 2016;351(6278):1196-1199) 중국의 텐진산업생명공학연구소(Tianjin Institute of Industrial Biotechnology) Rey-Ting Guo 연구팀은 PET hydrolase의 분해 구조 분석을 기반으로 PETv (polyethylene terephthalate)의 분해 기전을 규명(Nat Commun. 2017;8(1) :2106.) 영국 포츠머스대 존 맥기핸(John McGeegan) 교수팀과 미국 국립재활용 에너지연구소 그렉 베컴(Gregg Beckham) 박사팀은 공동연구를 통하여 플라스틱 분해 효율을 높이는 효소 결합 기술을 보고(Proc Natl Acad Sci USA. 2020;117(41):25476-25485) 프랑스 생명공학 기업 Carbios는 퇴비 더미에서 동정한 박테리아의 플라스틱 분해 효소를 동정 후 효소분해 공정을 거쳐 섬유 폐기물을 PET 플라스틱으로 재활용할 수 있는 기술을 개발하여 화장품 용기를 만든 것에 성공

한국생명공학연구원 류충민 박사팀은 장내 미생물에 의한 플라스틱 분해 기전 외에 꿀벌부채명나방 애벌레의 장에서 플라스틱을 분해할 수 있는 신규 효소를 동정(Cell Rep. 2019;26(9): 2451- 2464.e5) 경북대학교 김경진 교수팀과 KAIST 이상엽 교수팀의 공동연구를 통하여 PET(polyethylene terephthalate)를 분해하는 PETase의 3차 구조를 규명하여 플라스틱 성분 분해기전 및 분해활성이 증가된 효소 및 열에 안정적인 PTEase를 개발(Nat Commun. 2018;9(1):382., ACS Catal. 2019, 9, 4, 3519–3526) 인하대학교 김창균 교수팀은 고분자 물질/미생물 복합체를 활용한 플라스틱 분해 기술을 개발(Chemosphere. 2019;222:527-533)

환경유해물질의 생분해 기술은 순환경제 시대에서 제한된 자원을 활용하여 친환경적으로 플라스틱을 분해한 후 신규 자원을 생산할 수 있는 가능성 때문에 산업적으로 활용 가치가 높은 기술자연에서 생분해되는 고비용의 바이오플라스틱 소재의 개발에 비하여 마이크로바이옴을 활용한 기술은 경제적 비용을 감소시킬 수 있을 것으로 전망

생태계 및 인류 건강을 위협할 수 있는 환경유해물질 분해 마이크로바이옴 개발을 통해 깨끗하고 안전한 지구환경 구현에 기여2050 탄소중립 실현을 위한 폐플라스틱 연료/연료화 정책을 기반으로 진행 중인 폐플라스틱 유래 열분해유 생산에서 열에 안정적인 마이크로바이옴 분해 효소 기술은 열분해유를 효율적으로 생산할 것으로 기대

우리나라 고유의 토착 생물자원 및 다양한 환경 조건에서 마이크로바이옴 분석을 통한 신규 환경유해물질 분해 효소 동정 및 데이터베이스화환경유해물질 분해 효소의 효율을 높이는 연구에 대한 지원을 통하여 산업 현장 및 환경오염 지역에서 사용가능한 마이크로바이옴 기술 개발

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