이승구 한국생명공학연구원 합성생물학전문연구단장
![[기고] 미생물이 플라스틱 딜레마 해결할까?](http://contents.dt.co.kr/images/201911/2019112202102369660002[1].jpg "[기고] 미생물이 플라스틱 딜레마 해결할까?")
자연에서 플라스틱과 비슷한 구조를 갖는 물질로는 셀룰로오스와 리그닌이 있다. 이들은 해마다 지구를 뒤덮을 만큼 생겨나지만 플라스틱과 같은 불안을 야기하지는 않는다. 왜일까? 이는 미생물에 의하여 완전히 이산화탄소로 분해되기 때문이다. 미생물들은 새로운 물질에 적응해 빠르게 이들을 분해하고 에너지로 이용한다. 미생물은 사람보다 수십 만 배나 빠르게 진화할 수 있기에 어떤 새로운 물질에 대해서도 분해와 활용의 첨병이 되는 것이다.
요즘 생명공학은 수만 건에 달하는 미생물 유전체들을 완전히 해독하고, 필요에 따라 편집도 하고, 합성도 하는 합성생물학 시대로 들어섰다. 결국에는 플라스틱 문제도 합성생물학 연구에서 답이 나올 것이다. 우선은 플라스틱 제조 단계에서부터 자연분해가 가능하도록 생분해성 플라스틱으로 재료가 바뀌어야 한다. 최근 환경부, 산업부가 한창 공을 들이고 있는 생분해성 바이오플라스틱의 개발 노력이 중요한 이유다. 즉 미생물 및 식물에서 생분해성 플라스틱의 원료가 되는 단량체를 확보하고, 자연에서 플라스틱 조각의 분포를 확인해 생물체에 유입되지 않도록 최대한 관리해야 한다. 또한 플라스틱을 완전히 분해할 수 있도록 미생물 진화의 방향과 속도를 조절하는 '인공진화'(directed evolution) 기술이 개발돼야 한다.
인공진화기술은 자연에서 오랜 시간에 걸쳐 서서히 일어나는 진화를 더 빠르고 원하는 방향으로 일어나도록 한다. 이 연구는 지난해 노벨상을 수상하였으며, 처음에는 산업적으로 유용한 새로운 효소를 얻기 위해 개발되었으나 매출 세계1위 의약품인 '휴미라'의 탄생에도 기여하는 등 빠르게 바이오 전반으로 확산됐다. 미생물에서는 수백만에 달하는 유전적 다양성을 쉽게 테스트 할 수 있다. 이것이 '인공진화'를 통한 플라스틱 문제해결의 지름길이 된다. 즉 수백 만의 다양성을 테스트해 최적의 효과를 내는 진화된 유전자를 찾아내고, 이를 다음 진화에 이용하는 것이 가능한 것이다. 이렇게 만들어진 유전자 정보를 분석해 최적 유전자를 학습하는 방식은 바이오디자인 사이클(Design-Build-Test-Learning)로 체계화돼가고 있으며, 이는 4차 산업혁명의 전략과도 잘 부합해 생명공학이 기계, 전자산업처럼 표준화된 산업으로 발전할 가능성을 보여준다.
복잡한 다세포 개체들에 비해 미생물에서는 유전자 변이들이 개체의 진화로 쉽게 이어지며 급격한 환경변화에도 생존하는 것들이 등장한다. 즉 먹이, 열, 산도, 건조 등 불리한 조건에서 생존 장치들을 수십 분에 한번 씩 외부 환경에 알맞게 적응할 수 있다. 플라스틱을 먹이로 사용하려면 미생물들은 플라스틱 표면에 부착하여 분자량이 작은 물질로 분해하고, 이를 흡수해 이용하는 대사기능들을 모두 갖춰야 한다. 이를 생명과학을 통해 실현하려면 현재로서는 미생물 유전체를 새롭게 디자인하고, 더욱 강력한 효소들을 개발해 세포에 적용하는 합성생물학 방식이 필수적이다. 이에 미국 영국 등은 안전하고 효과적인 합성생물학 기술을 개발해 인류의 주요 난제들에 대한 주도권을 확보하고, 이득을 선점하기 위한 노력을 아끼지 않고 있다. 우리도 관심을 넘어 합성생물학에 대한 적극적인 개발의지가 필요한 시점이다. 합성생물학의 발전을 통해 일상에서 사용되는 질기고 유연한 플라스틱들을 안심하고 사용하는 시대가 오길 기대해 본다.
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