플라스틱은 일반적으로 석유를 원료로 만들어진 합성수지이며 물에 강하게 부식하기 어려워지는 등 성질로 공업 제품이나 포장 등 다양한 분야에서 이용되고 있지만 분해되기 어렵기 때문에 환경 영향이 문제가 되고 있다. 이런 플라스틱 폐기물 문제를 해결하기 위해 텍사스대학 오스틴 연구팀은 기계학습을 이용해 원래라면 분해에 몇 세기 걸리는 플라스틱을 몇 시간에서 며칠에 분해하는 효소를 만들었다.
플라스틱은 전 세계 폐기물 12%를 차지하고 있으며 매립지와 자연 환경에 폐기된 수십억 톤 플라스틱 페기물로 인한 토양과 해양 오염이 큰 문제다. 플라스틱은 부내에 수백 년이 걸리기 때문에 빠르게 플라스틱을 분해하는 기술 개발은 환경오염을 막는데 중요한 과제가 되고 있다.
연구팀은 이에 따라 플라스틱을 빠르게 분해하는 효소를 인공적으로 만들어냈다. 연구팀이 개발한 효소는 플라스틱을 구성하는 폴리머를 모노머로 빠르게 분해해 재활용하기 쉬운 상태로 한다는 것. 이 효소를 이용하면 플라스틱이 불과 48시간 만에 한 번에 분해될 것이라고 주장하고 있다.
연구팀은 새로운 효소를 개발하면서 폴리에틸렌테레프탈레이트, PET를 분해하는 것으로 알려진 PETase라는 천연효소 돌연변이를 기계학습 모델로 생성해 어떤 돌연변이가 플라스틱을 저온에서 빠르게 분해할 수 있는지 예측했다는 것.
기계학습 모델 예측을 바탕으로 설계된 새로운 효소는 FAST-PETase(functional, active, stable and tolerant PETase)라고 명명했다. 연구팀은 이를 통해 51종류 플라스틱 용기나 5종류 섬유, 페트병 등으로 효과를 실험했다.
그 결과 FAST-PETase는 불과 며칠 만에 플라스틱을 분해할 수 있다는 게 입증됐다. 또 FAST-PETase는 플라스틱을 재활용하는 다양한 산업 공정과 달리 섭씨 50도 미만이라는 상당히 저온이고 적은 에너지로 기능한다는 것이다.
연구팀은 앞으로 다양한 용도를 향해 효소 생산 스케일업에 임할 예정이며 기술 특허를 출원하고 있다는 것. 매립지에서의 플라스틱 분해 뿐 아니라 자연 환경에서 버려진 플라스틱 분해에도 초점을 맞추고 연구팀은 여러 방법을 검토 중이다.
연구팀은 이 연구는 합성 생물학, 화학 공학, 인공지능 등 다른 분야가 융합하는 힘을 분명히 보여준다고 말한다. 첨단 재활용 프로세스를 활용할 수 있는 가능성은 업계에 관계없이 무한하게 존재하며 이보다 지속 가능한 효소 접근법을 통해 진정한 순환형 플라스틱 경제 구상을 시작할 수 있다고 말한다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.