생명연, 꿀벌부채나방서 플라스틱 산화 효소 발굴

AI 기반 시뮬레이션 통해 플라스틱 산화기전 규명

연구책임자 류충민 감염병연구센터 책임연구원. ⓒ한국생명공학연구원

한국생명공학연구원은 류충민 감염병연구센터 박사 연구팀이 꿀벌부채명나방 장에서 플라스틱을 산화하는 효소를 발굴하고 인공지능(AI) 기반 시뮬레이션을 통해 플라스틱 산화기전을 규명하는데 성공했다고 26일 밝혔다.

꿀벌부채명나방은 벌집의 주성분인 왁스를 먹이로 삼는 곤충으로 왁스와 플라스틱의 구조적 유사성으로 인해 플라스틱 분해 잠재력을 가진 곤충으로 주목 받아왔다.

특히 이번 연구결과는 폴리에틸렌과 같은 탄화수소 기반 난분해성 플라스틱 폐기물의 친환경 처리기술 개발에 기여할 것으로 기대된다.

연구팀은 2019년에 꿀벌부채명나방이 장내 미생물에 의존하지 않고 자체적으로 폴리에틸렌을 산화할 수 있는 효소 사이토크롬 P450을 갖고 있음을 처음으로 밝혔다.

사이토크롬 P450은 유기화합물에 산소를 도입하는 산화 반응을 촉매하는 효소로 생체 내에서는 해독, 스테로이드 합성, 호르몬 대사와 같은 다양한 생리적 기능을 수행하는 효소로 알려져 있다.

연구팀은 이번 연구에서 꿀벌부채명나방 유래 사이토크롬 P450을 대량배양이 가능한 효모와 곤충 세포의 이종 발현에 성공했고, 폴리에틸렌 산화효소를 탐색한 결과 총 2종의 효소가 플라스틱을 산화할 수 있음을 알아냈다.

이종 발현한 효모의 배양 조건을 확립해 곤충 유래 폴리에틸렌 산화효소의 대량 생산을 위한 기틀을 마련했다.

AI 기반 시뮬레이션으로 발굴한 효소의 폴리에틸렌 플라스틱 결합 가능성을 예측해 결합에 중요한 잔기를 성공적으로 찾아내어 효소의 구조적 특성과 결합기전에 대한 이해를 높였다.

추가적으로 특정 유전자나 단백질에 무작위 돌연변이를 유도한 후 최적의 기능을 갖춘 변이를 얻는 방법으로 기존 효소보다 산화 효율이 높은 효소도 확보했다.

류충민 박사는 “이번 연구로 곤충 유래 효소를 이용한 폐플라스틱 처리의 새로운 가능성을 열었다는 점에서 의미가 있다”며 “AI기반 접근법을 통해 플라스틱 분해 효소의 작용기전을 더욱 명확히 해 효소를 활용한 폐플라스틱 처리의 실용화 가능성을 최초로 보여주었다”고 밝혔다.