이 플라스틱은 심해에서 사라지고 미생물이 이를 발생시킵니다.

연구진은 하츠시마 섬 인근 855m 수심에 LAHB 필름을 침적시켜 실제 심해 생분해성을 시험했습니다. 13개월 후, LAHB 플라스틱은 질량의 80% 이상을 잃어 해양 생태계에 잔류하는 기존 플라스틱보다 더 안전한 대안으로서의 잠재력을 보여주었습니다. 사진 제공: 일본 해양지구과학기술기구(JAMSTEC)

연구진은 심해 환경에서 분해되는 새로운 친환경 플라스틱을 개발했습니다. 심해 실험에서 미생물 합성 폴리(d-락테이트 -co -3-하이드록시부티레이트)(LAHB)는 생분해되었지만, 대표적인 바이오 기반 폴리락타이드(PLA)와 같은 기존 플라스틱은 그대로 유지되었습니다. 수심 855미터(약 2,800피트)에 잠긴 LAHB 필름은 미생물 바이오필름이 활발하게 분해되면서 13개월 후 무게의 80% 이상을 잃었습니다. 이 실제 실험은 LAHB가 더 안전한 생분해성 플라스틱임을 입증하여 해양 플라스틱 폐기물 감축을 위한 전 세계적인 노력을 뒷받침합니다.

바이오 기반 플라스틱의 인기가 높아지고 있음에도 불구하고, 플라스틱 오염은 여전히 세계에서 가장 시급한 환경 문제 중 하나입니다. OECD의 세계 플라스틱 전망(2022)에 따르면, 2019년 전 세계적으로 약 3억 5,300만 톤의 플라스틱 폐기물이 발생했으며, 그중 약 170만 톤이 수생 생태계로 직접 유입되었습니다. 이러한 폐기물의 상당 부분은 해류(gyre)라고 불리는 거대한 회전 해류에 갇히게 되어 태평양, 대서양, 인도양에서 흔히 볼 수 있는 악명 높은 "쓰레기 지대(garbage patch)"를 형성합니다.

이 문제를 해결하기 위해 연구자들은 심해 환경에서 더욱 안정적으로 분해될 수 있는 플라스틱을 찾아왔습니다. 유망한 후보 물질 중 하나는 폴리( d- 락테이트 -co -3-하이드록시부티레이트) 또는 LAHB입니다. LAHB는 대장균을 이용하여 생합성된 락테이트 기반 폴리에스터 입니다. 지금까지 LAHB는 강물과 얕은 바닷물에서 분해되는 생분해성 폴리머로서 강력한 잠재력을 보여주었습니다.

2025년 7월 1일 온라인으로 공개되고 2025년 10월 1일 Polymer Degradation and Stability 저널 240권에 게재된 연구에서 일본 연구진은 LAHB가 심해 환경에서도 생분해될 수 있음을 최초로 보여주었습니다. 심해 환경은 저온, 고압, 그리고 영양소가 매우 부족하여 플라스틱 분해가 매우 어렵습니다. 이 연구는 일본 신슈대학교 해양재생연구소의 세이이치 타구치 교수와 일본 해양지구과학기술기구(JAMSTEC)의 슌이치 이시이치 박사, 그리고 일본 군마대학교 식품건강센터의 켄이치 카스야 교수가 공동으로 주도했습니다.

"저희 연구는 미생물성 락테이트 기반 폴리에스터인 LAHB가 기존 PLA가 완전히 분해되지 않는 심해저에서도 활발한 생분해와 완전한 광물화를 겪는다는 것을 처음으로 보여줍니다."라고 다구치 교수는 설명했습니다.

연구팀은 두 종류의 LAHB 필름(약 6%의 젖산(P6LAHB)과 13%의 젖산(P13LAHB)을 일반 PLA 필름 옆에 놓고 비교 실험을 진행했습니다. 샘플은 하츠시마 섬 인근 수심 855m에 담가 두었는데, 이곳은 심해 환경, 차가운 수온(3.6°C), 높은 염분, 그리고 낮은 용존산소량으로 인해 미생물이 플라스틱을 분해하기 어려운 곳입니다.

LAHB 필름은 7개월과 13개월 동안 침지 후 심해 환경에서 생분해되는 명확한 징후를 보였습니다. P13LAHB 필름은 7개월 후 무게의 30.9%, 13개월 후 82% 이상의 감소를 보였습니다. P6LAHB 필름도 유사한 경향을 보였습니다. 반면 PLA 필름은 같은 기간 동안 측정 가능한 무게 감소나 눈에 띄는 분해가 나타나지 않아 미생물 분해에 대한 저항성을 분명히 보여주었습니다. LAHB 필름 표면에는 균열이 발생하고 타원형 및 막대 모양의 미생물로 구성된 바이오필름이 덮여 있었는데, 이는 심해 미생물이 LAHB 플라스틱을 식민지화하고 분해하고 있음을 시사합니다. 그러나 PLA 필름에는 바이오필름이 전혀 없었습니다.

플라스틱이 어떻게 분해되는지 이해하기 위해 연구진은 플라스틱 표면에 형성된 미생물 군집인 플라스티스피어를 분석했습니다. 그 결과, 서로 다른 미생물 그룹이 각기 다른 역할을 한다는 것을 발견했습니다. 콜웰리아 (Colwellia) , 슈도테레디니박터 (Pseudoteredinibacter) , 아가릴티카 (Agarilytica ), UBA7957을 포함한 우세한 감마프로테오박테리아 속은 세포외 폴리[3-하이드록시부티레이트(3HB)] 탈중합효소라는 특수 효소를 생성했습니다. 이 효소는 긴 중합체 사슬을 이합체와 삼합체와 같은 더 작은 조각으로 분해합니다. UBA7959와 같은 특정 종은 또한 올리고머 가수분해효소(PhaZ2 등)를 생성하여 이러한 조각을 더욱 분해하여 3HB-3HB 또는 3HB-LA 이합체를 단량체로 분해합니다.

폴리머가 이러한 더 단순한 구성 요소로 분해되면, 다양한 알파-프로테오박테리아와 데설포박테로타를 포함한 다른 미생물들이 3HB와 젖산과 같은 단량체를 소비하여 이 과정을 계속합니다. 이러한 미생물 군집은 서로 협력하여 궁극적으로 플라스틱을 이산화탄소, 물, 그리고 이상적으로는 해양 생태계로 돌아가는 기타 무해한 화합물로 전환합니다.

이 연구 결과는 바이오 기반 플라스틱이 외딴 해양 환경에서 어떻게 분해되는지에 대한 우리의 이해에 있어 중요한 공백을 메워줍니다. 입증된 생분해성을 통해 더욱 안전하고 생분해성이 높은 소재를 개발할 수 있는 유망한 대안이 될 것입니다.

"이 연구는 현재 바이오플라스틱의 가장 중요한 한계 중 하나인 해양 환경에서의 생분해성 부족 문제를 다룹니다. LAHB가 심해 환경에서도 분해되고 무기화될 수 있음을 보여줌으로써, 이 연구는 기존 플라스틱보다 더 안전한 대안을 제시하고 순환 바이오경제로의 전환을 뒷받침합니다."라고 다구치 교수는 말했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/07/250724232418.htm