[비건뉴스=김민영 기자] 지구 곳곳에서 쌓여가는 플라스틱 쓰레기는 환경 오염의 주범으로 지목돼 왔다. 석유에서 얻는 원료를 기반으로 만들어지는 기존 플라스틱은 생산 과정에서 막대한 탄소를 배출할 뿐 아니라, 자연적으로 분해되지 않아 토양과 바다에 잔존하며 생태계를 위협한다.

이러한 문제를 해결하기 위한 대체 소재 연구가 활발한 가운데, 일본 고베대학교 연구팀이 질소를 포함한 새로운 원료 ‘피리딘이카복실산(PDCA)’ 생산 공정을 획기적으로 개선해 주목받고 있다.

이번 연구의 성과는 PDCA라는 화합물을 기존보다 7배 높은 수율로 생산하면서도 유해 폐기물을 발생시키지 않는 방식에 있다. PDCA는 플라스틱 자체를 완전히 대체하는 물질은 아니지만, 생분해성을 높이는 친환경 원료로서 기존 테레프탈산을 대신해 활용될 수 있다. 특히 페트(PET) 플라스틱의 기본 구성 단위에 적용하면 비분해성 문제를 상당 부분 해소할 수 있다는 점에서 가능성이 크다.

연구팀은 대장균의 세포 대사를 활용하는 방식을 선택했다. 포도당을 먹이로 공급하면, 특별히 강화된 효소를 통해 중간 화합물이 최종적으로 PDCA로 전환되도록 설계한 것이다. 이 과정에서 초기에는 또 다른 독성 부산물이 발생했지만, 연구진은 피루브산을 첨가해 문제를 해결했다. 다만 피루브산 추가는 상업적 대량 생산 단계에서 비용과 물류상의 부담을 초래할 수 있어, 향후 해결해야 할 과제로 남아 있다.

연구 책임자인 다나카 쓰토무 교수는 “세포 대사의 질소 동화 과정을 적극적으로 활용해 불필요한 부산물 없이 목표 화합물을 합성할 수 있었다”며 “이는 미생물 합성을 통해 접근할 수 있는 분자의 범위를 넓혔다는 데 큰 의의가 있다”고 설명했다. 연구팀은 또한 과산화수소를 제거할 수 있는 화합물을 배양 과정에 함께 넣어 안정적인 생산 조건을 마련했다고 덧붙였다.

이번 성과는 상업화까지 여전히 넘어야 할 기술적 난제가 존재하지만, 플라스틱 오염 문제를 완화할 새로운 해법으로 평가된다. PDCA는 바이오리액터에서 천연 원료를 기반으로 생산할 수 있어 기존 석유 자원 의존도를 줄일 수 있다는 점에서 의미가 크다. 올해 다른 연구진이 발표한 박테리아 셀룰로오스 기반 신소재 ‘BCBN’과 함께, 생분해성 플라스틱 분야에서 지속 가능한 대체 물질 연구의 흐름을 보여주는 사례로 꼽힌다.

전 세계적으로 플라스틱 소비량은 증가하고 있으며, 인체 내 미세플라스틱 축적 문제까지 불거지면서 사회적 우려가 커지고 있다. 이에 따라 생분해성 대체 소재는 환경 과학자들과 산업계 모두가 주목하는 과제다. 이번 고베대 연구는 단순히 새로운 물질을 개발하는 차원을 넘어, 생명공학적 대사 경로를 활용해 효율적이고 친환경적인 합성을 구현했다는 점에서 차별성을 가진다.

연구 성과는 국제 학술지 ‘Metabolic Engineering’에 게재됐다.