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플라스틱을 갉아 먹는 미생물을 먹을 수 있을까?
2019년, 미국 국방부 산하 기관은 군대가 외딴 지역이나 재난 지역에서 근무하기 위해 파견될 때 발생하는 엄청난 양의 플라스틱 폐기물을 처리하는 데 도움이 되는 연구 프로젝트를 요청했습니다. 이 기관은 무엇보다도 식품 포장지와 물병을 연료 및 배급품과 같은 사용 가능한 제품으로 전환할 수 있는 시스템을 원했습니다. 이 시스템은 험비(Humvee)에 들어갈 수 있을 만큼 작아야 했고 적은 에너지로 작동할 수 있어야 했습니다. 또한 플라스틱을 먹는 미생물의 힘을 활용해야 했습니다.
"4년 전 이 프로젝트를 시작했을 때 아이디어는 이미 있었습니다. 그리고 이론적으로는 가능하였습니다"라고 자금을 지원받는 세 개의 연구 그룹 중 하나를 이끌고 있는 미시간 기술 대학의 미생물학자 스티븐 테크트만(Stephen Techtmann)은 말했습니다. 그럼에도 불구하고 그는 처음에는 그 노력이 "실제로 효과가 있을 것 같기보다는 훨씬 더 공상 과학 소설처럼 느껴졌습니다"라고 말했습니다.
그 불확실성이 핵심이었습니다. 국방고등연구계획국(DARPA)은 고위험, 고수익 프로젝트를 지원합니다. 이것은 개인의 노력이 실패로 끝날 가능성이 높다는 것을 의미합니다. 그러나 프로젝트가 성공한다면 진정한 과학적 돌파구가 될 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. "우리의 목표는 '농담이야. 뭘 하고 싶니?'에서 '알다시피, 그게 실제로 실현 가능할지도 몰라요'라고 말이죠." 플라스틱 폐기물 프로젝트를 감독하고 있는 국방고등연구계획국(DARPA)의 프로그램 매니저 레너드 텐더(Leonard Tender)의 말입니다.
플라스틱 생산 및 폐기와 관련된 문제는 잘 알려져 있습니다. 유엔환경계획(United Nations Environment Program)에 따르면 전 세계는 연간 약 4억 4천만 톤의 플라스틱 폐기물을 생성합니다. 그 중 대부분은 매립지나 바다로 보내지며, 미세 플라스틱, 플라스틱 알갱이, 비닐 봉지가 야생 동물에게 위협이 됩니다. 많은 정부와 전문가들은 이 문제를 해결하기 위해서는 생산량을 줄여야 한다는 데 동의하고 있으며, 일부 국가와 미국 주에서는 재활용을 장려하기 위한 정책을 추가로 도입했습니다.
수년 동안 과학자들은 다양한 종의 플라스틱을 먹는 박테리아를 대상으로 실험을 해왔습니다. 그러나 국방고등연구계획국(DARPA)은 플라스틱을 사용하여 완전히 다른 것, 즉 인간을 위한 식품을 만드는 컴팩트하고 이동성이 뛰어난 솔루션을 찾는 데 약간 다른 접근 방식을 취하고 있습니다.
테크트만은 사람들에게 플라스틱을 먹이지 않는 것이 목표라고 덧붙였습니다. 오히려, 그의 몸 속에 있는 플라스틱을 잡아먹는 미생물이 스스로 인간이 섭취하기에 적합하다는 것이 증명될 것이라는 희망이 있습니다. Techtmann은 대부분의 프로젝트가 1년 또는 2년 안에 준비될 것이라고 믿지만, 이 식품 단계는 더 오래 걸릴 수 있습니다. 그의 팀은 현재 독성 테스트를 진행하고 있으며, 그 결과를 미국 식품의약국(FDA)에 제출하여 검토를 받을 예정입니다. 이 모든 것이 순조롭게 진행되더라도 또 다른 도전이 기다리고 있습니다.
미생물을 영양분으로 전환하기 위해 노력하는 것은 군대뿐만이 아니다. 한국에서 핀란드에 이르기까지, 소수의 연구자들과 몇몇 회사들은 미생물이 언젠가 세계 인구 증가에 도움이 될 수 있을지 연구하고 있습니다.
하나의 돌로 두마리의 새 잡기
텐더에 따르면, DARPA의 제안 요청은 한 번에 두 가지 문제를 해결하는 것을 목표로 했습니다.
첫째, 이 기관은 그가 공급망 취약성이라고 부르는 것을 줄이기를 희망했습니다. 전쟁 중에 군대는 멀리 떨어진 곳에 있는 군대로 물자를 운송해야 하는데, 이로 인해 차량에 탄 사람들의 안전 위험이 발생합니다. 또한 이 기관은 플라스틱 폐기물을 처리하는 수단으로 위험한 소각 구덩이를 사용하는 것을 중단하기를 원했습니다. "이러한 현장에서 책임감 있게 폐기물을 제거하는 것은 큰 도움이 됩니다"라고 Tender는 말했습니다.
Michigan Tech 시스템은 기계식 파쇄기로 시작하여 플라스틱을 작은 조각으로 줄인 다음 반응기로 이동하여 고열에서 수산화암모늄에 담금니다. 일회용 물병을 만드는 데 일반적으로 사용되는 PET와 같은 일부 플라스틱은 이 시점에서 분해됩니다. 군용 식품 포장에 사용되는 다른 플라스틱, 즉 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌은 다른 원자로로 전달되어 훨씬 더 높은 열과 산소 부재에 노출됩니다.
이러한 조건에서 폴리에틸렌과 폴리프로필렌은 연료 및 윤활유로 업사이클링할 수 있는 화합물로 전환됩니다. 이 프로젝트의 구성 요소를 감독한 Michigan Tech의 화학 엔지니어인 David Shonnard는 일부 기술을 상용화하기 위해 Resurgent Innovation이라는 신생 회사를 개발했습니다.
PET가 수산화 암모늄에서 분해된 후 액체는 다른 반응기로 옮겨져 미생물 군집에 의해 소비됩니다. Techtmann은 처음에 해체된 플라스틱을 분해할 수 있는 박테리아를 찾기 위해 고도로 오염된 환경으로 가야 한다고 생각했습니다. 그러나 결과적으로 퇴비 더미의 박테리아가 정말 잘 작동했습니다. 이는 원자로에 들어가는 해체된 플라스틱이 일부 식물 물질 화합물과 유사한 분자 구조를 가지고 있습니다. 따라서 그렇지 않았다면 식물을 먹었을 박테리아는 아마도 플라스틱에서 에너지를 끌어올 수 있을 것입니다.
박테리아가 플라스틱을 섭취한 후 미생물은 영양 효모와 약간 비슷한 냄새가 나고 지방, 탄수화물 및 단백질의 균형을 이루는 분말로 건조된다고 Techtmann은 말했습니다.
식용 미생물에 대한 연구는 적어도 60년 전으로 거슬러 올라가지만, 증거의 양은 확실히 적습니다. 하지만 이 분야의 연구가들은 나라들이 미생물을 식량 공급원으로 고려해야 할 타당한 이유가 있다고 말합니다.
무엇보다도, 그들은 단백질이 풍부하다고 한국과학기술원의 생명공학자이자 연구 담당 수석 부사장인 이상엽(Sang Yup Lee)은 Undark에 보낸 이메일에서 썼습니다. Lee와 다른 사람들은 미생물을 재배하는 데 기존 농업보다 토지와 물이 덜 필요하다는 점에 주목했습니다. 그러므로, 그들은 특히 인구가 증가함에 따라 보다 지속 가능한 영양 공급원이 될 수 있음이 입증될 수 있습니다.
리는 미시간 공대 프로젝트의 미생물 부분을 설명하는 논문을 검토한 후 그룹의 계획이 실현 가능하다고 말했습니다. 그러나 그는 중요한 도전을 지적했다. 현재로서는 특정 미생물, 즉 "젖산 박테리아, 바실러스 균, 일부 효모와 같은 철저한 발효 식품 및 음료를 섭취 해온 미생물"만 섭취 가능한 것으로 보이는데, 이것들은 플라스틱을 분해하지 않습니다.
안전이 최우선
플라스틱을 먹는 미생물을 인간의 식품으로 사용하기 전에, 연구팀은 이 물질이 안전하다는 증거를 규제 당국에 제출할 예정입니다. 캐나다 온타리오에 있는 웨스턴 대학교(Western University)의 전기 공학자인 조슈아 피어스(Joshua Pearce)는 초기 독성학 스크리닝을 수행하여 미생물을 더 작은 조각으로 분해하고 알려진 독소와 비교했습니다.
피어스는 이 미생물이 예쁜꼬마선충(C. elegans roundworms)에게도 먹이로 제공되었지만, 명백한 부작용은 없었다고 덧붙이며, 연구팀은 현재 쥐가 장기적으로 미생물을 섭취할 때 어떻게 하는지 조사하고 있다고 덧붙였습니다. 쥐가 잘 자라면 다음 단계는 검토를 위해 식품의약국(FDA)에 데이터를 제출하는 것입니다.
적어도 소수의 회사들이 새로운 종류의 식용 미생물을 상용화하는 다양한 단계에 있습니다. 예를 들어, 핀란드의 신생 기업인 Solar Foods는 자연에서 발견되는 박테리아를 가져와 겨자 갈색 색조의 분말 제품을 만들어 싱가포르에서 사용 승인을 받았습니다. 언다크(Undark)에 보낸 이메일에서 로라 시니살로(Laura Sinisalo) 최고경험책임자(CSO)는 자사가 EU와 영국, 그리고 미국에서도 승인을 신청했으며 올해 말까지 시장에 진입하기를 희망한다고 밝혔습니다.
플라스틱을 먹는 미생물이 인간이 섭취하기에 안전한 것으로 판명되더라도 대중은 여전히 플라스틱 폐기물에서 영양가가 있는 것을 먹을 수 있다는 전망에 주저할 수 있다고 테크트만은 말했습니다. 이러한 이유로, 그는 이 특정 미생물 그룹이 외딴 군사 기지나 재난 구호 활동에서 가장 유용할 수 있으며, 단기적으로 소비되어 사람들의 생존을 도울 수 있다고 말했습니다.
이상의 기사는 2024년 8월 23일 arsTECHNICA에 게재된 “From recycling to food: Can we eat plastic-munching microbes?”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : From recycling to food: Can we eat plastic-munching microbes? | Ars Technica