벌레 내장의 미생물 군집 복제한 '인공 내장'으로 플라스틱 먹어 치운다

플라스틱을 먹는 작은 벌레에서 발견되는 독특한 장내 미생물이 잠재적으로 대규모로 문제를 일으키는 물질을 성공적으로 분해하는 데 활용될 수 있다.

조포바스 아트라투스(Zophobas atratus)라는 벌레(더 정확하게는 장수풍뎅이의 유충)는 많은 나라에서 애완용 파충류 사료로 사육 및 판매되는 인기 있는 곤충 간식이다. 하지만 단백질이 풍부한 영양가로 인해 수퍼웜(superworm)으로 알려져 있지만, 진정한 수퍼 파워는 장내 박테리아의 구성에서 찾을 수 있다.

싱가포르 난양공과대학(NTU) 연구진이 새로운 연구를 통해 이 강인한 식용벌레(mealworm)의 미생물 군집에 대한 이전 연구를 바탕으로, 유기체의 특별한 장내 환경의 확장 가능한 복제 시스템을 구축하여 상당한 양의 일반 플라스틱을 지속 가능하게 처리할 수 있는 실마리를 얻게 됐다고 8일 밝혔다.

과학자들은 이 벌레가 플라스틱에 대한 식욕을 갖고 있다는 사실을 한동안 알고 있었지만, 많은 생명공학 기술과 마찬가지로 실제 적용에 적합하게 만드는 것이 문제였다. 

NTU의 부교수인 카오 빈은 "장수풍뎅이 유충 한 마리가 일생 동안 소비하는 플라스틱 양은 몇 밀리그램에 불과하기 때문에 플라스틱 쓰레기를 처리하기 위해 이 벌레를 사용한다면 얼마나 많은 벌레가 필요할지 상상해 보라"며 "우리는 이 벌레 내장에서 유용한 미생물을 늘리고 플라스틱을 효율적으로 분해할 수 있는 '인공 벌레 내장'을 만드는 데 초점을 맞추고 있다"고 말했다.

연구진은 벌레 세 마리에게 각각 분해하기 어려운 것으로 악명 높은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS) 등 세 가지 일반 플라스틱을 30일 동안 먹이는 것으로 실험을 시작했다.

그런 다음 과학자들은 플라스틱을 먹는 벌레의 장에서 미생물을 추출하여 합성 영양분과 세 가지 플라스틱으로 채워진 플라스크에서 배양하여 6주 동안 인공 내장으로 발달하도록 했다.

그 결과, 실험실에서 키운 벌레의 내장에는 대조군 벌레에 비해 플라스틱 생분해 박테리아가 훨씬 더 많이 발달했으며, 각각 먹이를 먹은 특정 물질에 대해 더 뛰어난 효율성을 보였다는 사실을 발견했다.

이번 연구의 제1저자인 리우 이난 박사는 "우리 연구는 플라스틱을 먹인 벌레의 장내 미생물 군집에서 플라스틱 관련 박테리아 군집을 개발하려는 최초의 성공적인 시도였다"며 "장내 미생물을 특정 조건에 노출시킴으로써 인공 벌레 내장에 존재하는 플라스틱 분해 박테리아의 풍부함을 높일 수 있었고, 이는 우리의 방법이 안정적이고 대규모로 복제할 수 있음을 시사한다"고 설명했다.

아직은 개념 증명의 단계이지만, 연구진은 이 인공 '수퍼 내장'을 훨씬 더 큰 규모로 성장시키고 특정 물질을 처리하도록 맞춤화할 수 있는 단계에 접어들었다. 연구진은 이제 상업적 용도로 플라스틱을 분해하는 박테리아 군집을 더 쉽게 설계할 수 있기를 바라며 벌레의 강건한 내장 과정 뒤에 있는 분자 생물학을 연구하고 있다.

이 연구는 국제학술지 '환경 국제(Environment International)'에 게재됐다.