살아있는 미생물 내 바이오 플라스틱 생성과정 관찰 성공

KAIST 생명화학공학과 이상엽 특훈교수·물리학과 박용근 석좌교수 공동연구
"다양한 바이오 플라스틱 생산 공정 개발에 큰 도움 기대"

폐플라스틱으로 인한 환경 파괴와 인류 건강 위협이 심각한 가운데 국내 연구진이 살아있는 미생물에서의 바이오 플라스틱 생성 과정을 세계 최초로 관찰하는 데 성공했다.

한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 이상엽 특훈교수와 물리학과 박용근 석좌교수 공동연구팀이 3차원 홀로그래픽 현미경 기술을 활용해 미생물의 바이오 플라스틱 과립 생산 특징을 규명했다고 27일 밝혔다.

미생물로부터 만들어지는 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)는 기존 합성 플라스틱을 대체할 친환경 바이오 플라스틱이다.

토양이나 바다에서 생분해가 가능하다는 가장 중요한 장점을 갖고 있다.

PHA가 세포 내에 축적되는 원리를 관찰하기 위해 형광현미경·투과전자현미경·전자 저온 촬영 등 기술이 이용돼 왔는데, 이는 2차원 이미지만을 보여주거나 세포의 고정·절편 과정을 거쳐야 해 원래 세포 그대로 상태에서는 관측이 힘들었다.

따라서 세포 내 PHA 형성에 대한 완전한 이해가 어려웠다.

이상엽 특훈교수와 박용근 석좌교수 공동연구팀은 염색 등 준비과정 없이 살아있는 세포의 3차원 정보를 정량적으로 측정할 수 있는 3차원 홀로그래픽 현미경을 활용해 PHA 생산 박테리아의 심층 관찰 및 정량·정성 분석 연구를 수행했다.

연구팀은 PHA의 한 종류인 PHB를 생산하는 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator)와 이 미생물의 PHB 합성 대사회로 유전자를 가진 재조합 대장균을 비교·분석했다.

이를 통해 두 미생물에서의 PHA 과립 형성, PHA 과립의 밀도, 세포 내 분포 형태·위치에 특이적인 차이가 있음을 발견했다.

두 미생물의 PHA 과립 형성의 차이를 일으키는 핵심 단백질도 규명해, 재조합 대장균의 PHA 과립 형성 양상을 쿠프리아비두스 네카토르와 유사하게 변화시킬 수 있었다.

연구팀은 최대 약 8시간 동안 세포와 세포 내 PHA 과립 성장 과정을 보여주는 3차원 영상을 제작했다.

이상엽 특훈교수는 "살아있는 미생물 세포 내 PHA 과립의 형성 등을 실시간 3차원으로 관측한 세계 최초의 성과라는 데 큰 의의가 있다"며 "미생물의 PHA 생산 원리에 대해 더욱 깊은 이해가 가능해졌고, 향후 다양한 바이오 플라스틱 생산 공정 개발에 큰 도움이 될 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지인 '미국국립과학원회보'(PNAS) 이날 자 온라인판에 게재됐다.

/연합뉴스