공학박테리아는 폴리스티렌 및 PET와 유사한 열적으로 안정적인 플라스틱을 만듭니다.

 전 세계의 생명공학자들은 석유 기반 플라스틱 산업을 대체할 수 있는 플라스틱 생산 미생물을 만들기 위해 노력해 왔습니다. 이제 한국의 연구자들은 큰 장애물을 극복했습니다. 즉, 박테리아가 고리 모양 구조를 포함하는 폴리머를 생산하도록 유도하여 플라스틱을 더욱 단단하고 열적으로 안정하게 만드는 것입니다. 이들 분자는 일반적으로 미생물에 독성이 있기 때문에 연구자들은 다음을 가능하게 하는 새로운 대사 경로를 구축해야 했습니다. 대장균 박테리아는 폴리머와 폴리머를 구성하는 빌딩 블록의 축적을 생산하고 견딜 수 있습니다. 생성된 폴리머는 생분해성이고 더 많은 연구가 필요하지만 약물 전달과 같은 생의학 응용 분야에 사용할 수 있는 물리적 특성을 가지고 있습니다. 연구 결과는 Cell Press 저널 8월 21일자에 게재되었습니다.

“나는 바이오 제조가 기후 변화와 글로벌 플라스틱 위기를 완화하는 성공의 열쇠가 될 것이라고 생각합니다.”라고 한국과학기술원(KAIST)의 화학 및 생체분자 공학자인 이상엽 선임 저자가 말했습니다. "우리는 미래를 위한 더 나은 환경을 보장할 수 있도록 바이오 기반 제조를 촉진하기 위해 국제적으로 협력해야 합니다."

포장 및 산업 목적으로 사용되는 대부분의 플라스틱에는 고리 모양의 "방향족" 구조가 포함되어 있습니다(예: PET 및 폴리스티렌). 이전 연구에서는 방향족과 지방족(고리 모양이 아닌) 단량체가 교대로 구성되어 중합체를 생성할 수 있는 미생물을 만드는 데 성공했지만, 미생물이 방향족 측쇄를 갖는 단량체로만 구성된 중합체를 생성한 것은 이번이 처음입니다.

이를 위해 연구자들은 먼저 박테리아가 페닐락테이트라는 방향족 단량체를 생산할 수 있도록 하는 다른 미생물의 효소를 재조합하여 새로운 대사 경로를 구축했습니다. 그런 다음 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 이러한 페닐락테이트 빌딩 블록을 효율적으로 폴리머로 조립할 수 있는 폴리머라제 효소를 설계했습니다.

“이 효소는 자연에서 이용 가능한 어떤 효소보다 더 효율적으로 고분자를 합성할 수 있습니다.”라고 Lee는 말합니다.

박테리아의 대사 경로와 중합효소를 최적화한 후 연구자들은 6.6L(1.7갤런) 발효조에서 미생물을 성장시켰습니다. 최종 균주는 12.3 g/L의 폴리머(폴리(D 페닐락테이트))를 생산할 수 있었습니다. 연구진은 제품을 상용화하기 위해 수율을 최소 100g/L 이상으로 늘리기를 원합니다.

"그 특성을 토대로 우리는 이 폴리머가 특히 약물 전달에 적합해야 한다고 생각합니다"라고 Lee는 말했습니다. "주로 낮은 분자량 때문에 PET만큼 강하지는 않습니다."

앞으로 연구원들은 산업 응용에 필요한 더 높은 분자량의 폴리머와 같이 다양한 화학적, 물리적 특성을 가진 추가 유형의 방향족 모노머 및 폴리머를 개발할 계획입니다. 그들은 또한 규모를 확대할 수 있도록 방법을 더욱 최적화하기 위해 노력하고 있습니다.

“수율을 높이기 위해 더 많은 노력을 기울인다면 이 방법은 더 큰 규모로 상용화될 수 있을 것입니다.”라고 Lee는 말합니다. "우리는 생산 공정과 회수 공정의 효율성을 개선하여 생산하는 폴리머를 경제적으로 정제할 수 있도록 노력하고 있습니다."

본 연구는 한국연구재단, 과학기술정보통신부의 지원을 받아 수행되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/08/240821124256.htm