헌 운동화를 간식으로 먹는 미생물: 과학자들, 신발 밑창을 분해하는 슈퍼 효소 개발

다 닳아버린 헌 운동화를 물끄러미 바라보며 "배고픈 박테리아라면 이 푹신한 스펀지 밑창을 기가 막힌 별미로 여기지 않을까?"라고 상상해 본 적이 있다면 축하합니다. 당신의 상상력은 현대 최첨단 생물탐사 생화학자들의 주파수와 정확히 일치합니다.

폴리우레탄(PUR)과 폴리아미드(나일론)는 현대 고분자 산업의 걸작입니다. 러닝화에 폭발적인 탄성을 부여하고 매트리스 토퍼를 안락하게 만들며 방한 재킷의 내구성을 완성합니다. 그러나 이처럼 견고한 물리적 특성을 부여하는 강력한 화학 결합은 역설적으로 재활용 분야의 최악의 난제가 되었습니다. 기계적 분쇄는 분자 사슬을 파괴하고, 전통적인 화학적 분해는 유독성 용매와 막대한 고온 에너지를 소모해 환경을 더 오염시키기 일쑤였습니다.

이번 발견의 핵심 주인공은 퇴비 더미에서 발견된 Chelatococcus composti라는 박테리아가 분비하는 폴리우레탄 가수분해 효소 CcPUR1입니다. 야생 상태에서는 3일 동안 1% 미만을 분해하는 데 그쳤지만, 연구진은 유전공학을 통해 효소의 진화를 가속화했습니다.

포르투갈 포르투 대학교의 구조생물학자들과 협력해 슈퍼컴퓨터로 효소의 결합 부위를 시뮬레이션하고 정밀 돌연변이를 도입했습니다. 그 결과, 개량된 효소는 실제 시판 운동화에서 채취한 폴리우레탄 밑창 폼을 어떠한 화학적 사전 처리 없이도 72시간 만에 1.4% 분해하는 쾌거를 달성했습니다.

『Angewandte Chemie』와 『Chem Catalysis』에 연이어 게재된 이번 연구는 인류가 쏟아낸 플라스틱 쓰레기 산에 맞서 미생물 청소부들이 이미 놀라운 속도로 진화하고 있음을 웅변하고 있습니다.