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2025-09-10 (수)

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플라스틱 먹는 '효소' 연구 활성화⋯고비용 과제

플라스틱을 먹는 효소가 개발이 활성화돼 폐플라스틱 처리에 힘을 보탤 전망이다. 환경오염 주범으로 꼽히는 지구를 뒤덮은 폐플라스틱을 재활용하기 위해 수 많은 연구팀들은 다양한 해결책을 찾고 있다. 특히, 벌집나방 애벌레와 같은 생물학적 자원 활용은 소각이나 매립보다 환경친화적으로 플라스틱을 처리하는 유용한 도구가 될 수 있다. 미국 생화학·분자 생물학 매거진 'ASBMB 투데이'에 따르면, 스페인 생물학자 페데리카 베르토치니(Federica Bertocchini)는 약 10년 전 벌집나방의 애벌레가 플라스틱의 일종인 폴리에틸렌을 먹어 치운다는 사실을 발견했다. 폴리에틸렌은 플라스틱 용기 등을 만드는 데 흔하게 이용되지만, 잘 분해 되지 않는 특성이 있어 폐기가 어렵다는 단점이 있다. 최근 과학자들은 매립지나 자동차폐차장 등을 찾아다니면서 플라스틱을 분해할 수 있는 유기체를 찾고 있다. 이를 채취해 플라스틱의 구성 요소를 회수하는 효율적인 방법을 찾길 기대하고 있는 것. 이후 새로운 재료를 조합해 ‘무한 재활용’이 가능하도록 한다는 계획이다. 영국 포츠머스대 효소혁신센터 존 맥기한(John McGeehan)은 "놀랍게도 전 세계의 수백 개 그룹과 수천 명의 과학자들이 이 문제를 연구하고 있다"고 설명했다. 폐플라스틱, 환경오염 주범 플라스틱은 1950년대 들어 본격적으로 생산됐고 생산량도 급증했다. 매년 약 4억6000만 톤에 가까운 플라스틱이 생산되는 것으로 추정된다. 하지만 이렇게 생산된 플라스틱은 아쉽게도 소각하거나 매립지에 묻히고 있다. 플라스틱은 지구상의 심해나 극지방을 비롯해 비를 타고 내려오거나, 심지어 태반이나 모유, 사람의 혈액에서도 흔적이 보고 되는 등 우리 눈에 보이지 않는 구석구석까지 침투했다. 이처럼 플라스틱은 건강과 환경 문제와 직접 연결되어 있다. 그럼에도 수요는 줄어들지 않고 있으며, 생산량은 오는 2050년까지 10억 톤을 넘길 것으로 예상된다. 플라스틱은 가볍고, 형태를 잡기 쉬운 특성 때문에 이를 대체할 마땅한 소재가 없기 때문이다. 현실적으로 모든 플라스틱을 교체하거나 재활용할 수 없다는 점에서 차선책은 덜 만드는 것이다. 또 약 9%에 불과한 전 세계 플라스틱 재활용률을 높이는 것이 과제다. 하지만, 재활용 과정에서 유해한 화학물질을 흡수할 수 있으며, 수천 가지의 플라스틱 유형에는 각각 고유한 구성과 화학 첨가물이나 착색제가 들어 있어 대다수는 재활용할 수 없는 것이 문제다. 효소 재활용 회사 버치 바이오사이언스(Birch Biosciences) 공동 창립자이자 합성 생물학자인 요한 커스(Johan Kers)는 "우리는 심각한 플라스틱 순환성 문제를 안고 있다"며 "알루미늄과 종이 등은 재활용할 수 있지만 플라스틱 재활용은 힘들다"고 지적했다. '자연'에서 착안한 '효소' 주목 캘리포니아대학교 버클리 캠퍼스 고분자 과학자 팅 쉬(Ting Xu)는 "효소를 통한 접근법은 폐플라스틱을 폐기물의 원천이 아닌 귀중한 자원으로 전환시킬 수 있다"고 설명했다. 이미 1970년대에 플라스틱을 먹는 효소에 대한 연구가 시작됐다. 그러다가 2016년 일본 과학자팀이 사이언스 학술지에 플라스틱을 먹는 획기적인 박테리아의 새로운 변종에 대한 논문을 발표하면서 효소 연구에 다시 불을 지폈다. 교토공과대학 미생물학자 코헤이 오다(Kohei Oda)가 이끄는 연구팀은 이데오넬라 사카이엔시스(Ideonella sakaiensis) 201-F6이라고 불리는 미생물이 음료수병과 섬유에 널리 사용되는 폴리에스터인 PET 플라스틱을 주요 에너지와 식품 공급원으로 사용한다는 사실을 발견했다. 그 이후로 과학자들은 독일 라이프치히 묘지의 퇴비 더미, 그리스 하니아(Chania) 해변 등 전 세계 여러 장소에서 플라스틱을 먹는 미생물을 발견했다. 그리고 바다, 북극 툰드라 표토, 사바나 및 다양한 숲을 포함한 환경에서 자유롭게 떠다니는 DNA에서 발견된 2억 개 이상의 유전자에 대한 대규모 분석을 통해 플라스틱 분해 가능성이 있는 3만 개의 다양한 효소가 있다는 것을 찾아냈다. 맥기한은 콜로라도를 포함해 다른 지역의 국립 재생 에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory)의 동료들과 함께 이데오넬라 사카이엔시스의 플라스틱 섭취 능력을 담당하는 두 가지 효소를 조작해 성능을 높이고 연결해 플라스틱을 분해할 수 있는 효소 칵테일을 만들었다. 그 결과 이전보다 6배 더 빠르게 PET를 분해할 수 있었다. 최근 과학자들은 인공지능(AI)을 사용해 플라스틱을 더 빠르게 해중합[해중합은 유색 페트(PET)병이나 폴리에스터 섬유 등 플라스틱 분자를 화학적으로 분해하는 기술]하고, 표적 기질에 대해 덜 까다롭고, 더 높은 온도를 견딜 수 있는 효소를 찾아내고 있다. 초기 데이터에 따르면 생물학적 효소를 이용한 재활용은 플라스틱을 새로 만드는 것보다 탄소 배출량이 더 적은 것으로 알려졌다. 탄소와 산소가 얽혀 있는 PET 재활용 플라스틱은 생물학적 재활용에 가장 적합하다. 영국 포츠머스 대학교의 분자 생물물리학자 앤디 픽포드(Andy Pickford)는 이 물질이 '일종의 아킬레스건'이라고 말했다. PET은 탄소가 산소와 얽혀 있다. 직물과 음료수병에서 흔히 발견되며 매년 생성되는 플라스틱의 약 5분의 1을 차지하는 PET는 생물학적 재활용 업체들 사이에서 인기 있는 대상이자 상업적으로 이용 가능한 제품이기도 하다. 실제로 프랑스 회사 카르비오(Carbios)는 연간 5만 톤의 PET 폐기물을 재활용하는 것을 목표로 2025년 프랑스 북부에 바이오 재활용 공장을 열 계획이다. 호주에 본사를 둔 삼사라에코(Samsara Eco)는 2024년 멜버른에 PET에 초점을 맞춘 2만 톤 규모의 재활용을 계획하고 있다. 플라스틱 유형을 연구하고 있는 픽퍼드(Pickford)는 "PET와 유사한 화학적 구성을 가진 폴리아미드와 폴리우레탄도 본질적으로 효소에 의해 분해되기 쉬워 효소 재활용의 유망한 대상"이라고 말했다. 삼사라에코는 합성 폴리아미드의 일종인 나일론을 연구하고 있다. 지난 5월 버려진 옷으로 '세계 최초의 무한 재활용' 나일론-폴리에스테르 의류를 생산하기 위해 인기 운동복 브랜드 룰루레몬(Lululemon)과 다년간의 파트너십을 발표했다. 아직은 연구가 미진하지만 연구원들은 폴리우레탄을 분해하는 미생물에 대해서도 연구 중이다. '슈퍼웜' 유충 활용 기술 향상 효소 재활용은 순수 탄소 골격을 가진 플라스틱의 경우 전망은 흐리다. 비닐봉지를 만드는 데 사용되는 폴리염화비닐(PVC), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리스티렌 및 폴리에틸렌을 포함하는 제품은 기름기가 많아 투입된 효소를 붙잡을 수 없기 때문이다. 그런데 페데리카 베르토치니는 데메트라(Demetra)와 세레스(Ceres)라는 이름을 붙인 왁스 벌레 타액에서 플라스틱 분해 효소를 확인했다. 이 효소는 탄소 골격에 산소를 주입해 실온에서 몇 시간 내에 폴리에틸렌을 분해하는 것으로 나타났다. 폴리스티렌을 연구하는 호주 퀸즈랜드 대학교의 미생물학자 크리스 린케(Chris Rinke) 박사는 '슈퍼웜(Superworm)'이라고 불리는 미국왕딱지벌레(Zophobas morio) 유충을 발견했다. 플라스틱을 기계적으로 작은 조각으로 파쇄하고 산소 원자를 투입해 '노화'한 다음 특수 기술을 사용해 해당 조각을 해중화하는 두 가지 과정을 통해 폴리스티렌을 분해한다. 린케 박사는 "곤충에서 발견되는 효소가 열쇠를 쥐고 있을 수 있다"고 말했다. 반면, 일부 전문가들은 생물학적 재활용 전망에 대해 낙관적이지 않다. 픽포드는 "아직 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PVC와 같은 폴리올레핀이 대규모 효소 재활용을 위한 현실적인 목표가 될 것이라고 확신하지 못했다"며 "이런 경우 재활용이 가능한 새로운 플라스틱을 만드는 방향으로 전환하는 것이 더 현실적"이라고 말했다. 한국의 경우, 2020년 포스텍의 차형준 교수 팀은 '산맴돌이거저리(Plesiophthalmus davidis)'라고 불리는 검은 딱정벌레의 유충에서 폴리스티렌 소화 능력을 부여한 장내 세균인 '세라티아 폰티콜라(Serratia Fonticola)'에 대해 보고했다. 또 다른 그룹은 PLA를 포함한 특정 유형의 생분해성 플라스틱을 분해할 수 있는 두 가지 저온 적응성 곰팡이 균주[고산 토양과 북극 해안에서 분리된 라크네룰라(Lachnellula)와 네오데브리에시아(Neodevriesia)]를 발견했다고 보고했다. 하지만 효소를 활용하는 프로세스를 확장하는 것이 얼마나 쉬울지, 그리고 확장된 환경이 어떤 모습일지는 불분명하다. 한편, UN은 오는 2024년 세계 최초의 글로벌 플라스틱 오염 조약을 만들 예정이다. 플라스틱 오염을 억제하는 것을 목표로 하며, 특히 재활용을 더 쉽게 하기 위해 플라스틱 제품의 생산 과 설계에 대한 새로운 규칙을 도입할 것으로 예상된다. 다음 해에는 워싱턴과 캘리포니아, EU에서 플라스틱 용기와 음료수병 재료의 25%를 재활용 플라스틱으로 규정하는 법률이 시행될 예정이다. 그러나 추가적인 변화와 인센티브가 없다면 이러한 노력은 물거품이 될 수도 있다는 지적이다. 화석 연료의 저렴한 가격으로 인해 순수 플라스틱이 저렴하게 유지되는 한 생물학적 효소 활용은 비용 면에서 경쟁력이 없기 때문이다. 맥기한은 "과거 석유 및 가스 산업이 혜택을 누렸던 방식으로 PET 또는 기타 생분해성 공정에 인센티브를 부여해야 한다"며 "생물학적 재활용 기술이 향상되면 새로운 플라스틱과 경쟁할 수 있을 만큼 비용면에서 효율적일 것"이라고 강조했다. 그럼에도 그는 "효소가 전체 플라스틱 문제를 해결하지 못하지만 이제 막 첫 걸음을 뗐다"며 향후 발전에 기대감을 드러냈다.
- IT/바이오
2023-09-21 08:48:00
암 예방 식단 6가지…"야채·과일·통곡물 섭취"

야채와 과일, 통곡물 등이 암을 예방하는 식품으로 다시 한 번 확인됐다. 폭스 뉴스는 "최근 암의 발병에는 여러 가지 위험 요인이 있다. 성별이나 나이, 가족력과 같은 일부 요소는 우리가 통제할 수 없지만 올바른 영양 섭취는 암 발병 위험을 감소시킨다"며 균형잡힌 식단의 중요성을 강조했다. 플로리다 마이애미 비치의 마운트 시나이 메디컬 센터(Mount Sinai Medical Center)의 여성 산부인과 의학 센터 이사 겸 암 연구 위원회 공동 의장인 브라이언 슬로모비츠 박사는 "비만률이 높아지고 있고 계속 증가하는 추세다. 이는 많은 암의 위험 요소"라며 "건강하고 균형잡힌 식단은 이러한 암을 줄이는 데 도움이 된다"고 말했다. 워싱턴주 케너윅(Kennewick)에서 암환자와 생존자들과 함께 작업하는 등록 영양사이자 암 영양 전문가인 니콜 앤드류스는 암 발병 위험을 줄이기 위해 채식 위주의 식품을 주식으로 하라고 조언했다. 그녀는 "과일, 야채, 통곡물, 견과류나 씨앗류를 풍부하게 섭취하는 식이요법이 좋다"고 설명했다. 앤드류스는 "이러한 식품에는 필수 비타민, 미네랄, 섬유질 및 항상화제가 함유되어 있어 다양한 유형의 암 발병을 감소시킨다"고 설명했다. 식물성 식품 위주 식단 앤드류스는 "식물성 식품 위주의 식단은 암 위험 감소뿐만 아니라 전반적으로 건강에 필요한 영양소를 공급한다"며 "이런 식이요법은 암 예방과 암 생존자의 건강에 장기적으로 긍정적인 효과를 줄 수 있다"고 말했다. 또 "식물성 식품에는 비타민, 미네랄, 섬유질, 파이토케미컬(산화 스트레스와 염증 방지)과 항산화제(조직의 유해한 손상 예방)와 같은 건강을 지키는 영양소들이 풍부하게 들어있다"고 지적했다. 그녀는 이러한 성분들은 세포 사멸(해로운 세포 제거), DNA 복구, 호르몬 조절 및 염증 반응 등의 메커니즘을 통해 암세포 생성을 억제한다고 설명했다. 방사선 종양학 전문의이자 어드밴스헬스(AdventHealth, 재림교회의 비영리 의료 시스템)의 수명의학 전문가인 엠버 오르만 박사는 "식물 중심의 식이요법과 운동 등의 건강한 라이프스타일을 함께 실천하면 암을 최대 40%를 예방할 수 있다"고 말했다. 그는 "강력한 항암 효과를 가진 식품에는 진한 녹색 잎 채소, 십자화 채소, 버섯, 두유 및 대두 제품, 베리, 껍질이 있는 사과, 생강, 마늘, 우코린, 그라운드 플랙스, 그리고 레몬이 있다"고 설명했다. 그는 "가능하면 현지에서 재배된 유기농 식품을 선택하는 것이 좋다"면서, 암 위험을 감소시키기 위해 반드시 고기를 피하거나 완전한 채식을 할 필요는 없다고도 말했다. 가공육과 알코올 배제 오르만 박사는 "식물성 식단은 가공육과 알코올 음료를 제외한 모든 음식을 포함한다"며, "식사나 간식의 3분의 2는 야채, 과일, 통곡물, 콩류, 견과류 또는 씨앗을 중심으로 구성되어야 한다. 나머지 3분의 1은 유제품, 계란, 저지방 동물성 단백질, 건강한 지방과 절제된 양의 디저트로 구성되는 것이 좋다"고 설명했다. 그는 환자에게 동물성 제품을 '조미료'라고 여기면서 식물 섭취를 늘리라고 조언했다. 그는 "대부분의 환자들은 최소 80%의 식물로 구성된 식단을 섭취한다"고 말했다. 앤드류스는 가공되지 않은 육류 중심의 닭고기, 칠면조, 생선, 해산물 및 식물성 단백질과 같은 저지방 단백질 공급원을 선호하고 붉은 색 육류 소비를 줄이는 것은 여러 가지 암 예방에 도움이 된다고 말했다. 암 예방 단백질 식품 앤드류스가 추천한 암을 예방하는 단백질 식품은 다음과 같다. 1). 육류, 가금류 및 달걀: 소고기, 양고기, 염소고기, 돼지고기 등심, 껍질을 벗기지 않은 닭고기 및 칠면조, 메추라기, 오리, 강화 오메가-3 달걀의 살코기, 생선 및 해산물: 연어, 참치, 대구, 새우, 고등어, 랍스터, 메기, 게, 저지방 유제품: 요구르트, 우유, 치즈 및 코티지 치즈 2). 콩류: 콩, 완두콩, 렌즈콩(렌틸콩), 현미, 통밀, 퀴노아, 귀리와 같은 통곡물은 섬유질이 풍부해 소화를 돕고 암 예방의 핵심 요소인 건강한 체중을 유지하는 데 도움이 된다. 또한 통곡물의 섬유질은 혈당 수치를 조절하고 인슐린 저항성을 감소시켜 결장직장암과 같은 특정 암의 위험을 낮출 수 있다. 정제된 곡물보다 통곡물을 선택하면 암 위험을 줄일 수 있다. 또 전반적인 건강을 개선하는 데 도움이 되는 풍부한 영양소와 보호 화합물을 우리 몸에 제공할 수 있다. 섬유질 섭취 증대 앤드류스는 암 위험 감소 다이어트 계획의 일환으로 매일 30g의 섬유질 섭취를 권했다. 섬유질 섭취를 늘리기 위한 팁은 다음과 같다. 1). 아침 식사로 고섬유질 시리얼 또는 오트밀 섭취가 좋다. 2). 백미와 파스타를 현미나 통밀 파스타와 같은 통곡물로 바꾼다. 3). 콩이나 렌틸콩과 같은 콩류로 만든 수프, 스튜, 샐러드 등을 섭취한다. 4). 가공 된 스낵 대신 과일, 채소와 견과류를 섭취한다. 5). 아티초크, 치아씨드, 완두콩, 아보카도, 퀴노아, 라즈베리, 배, 보리 등 다양한 고섬유질 식품을 식사에 포함시킨다. 앤드류스는 "섬유질이 풍부한 음식을 식단에 포함시키면 일일 섬유질 섭취에 크게 기여하고 암 위험을 낮추는 데 도움이 될 수 있다"며, 단 "알코올 섭취는 구강암, 인후암, 식도암, 간암, 유방암 및 결장직장암을 포함한 다양한 유형의 암 위험 증가와 밀접한 관련이 있다"고 경고했다. 또 "알코올은 DNA를 손상시키고 염증을 촉진하며 신체가 필수 영양소를 흡수하는 능력을 방해할 수 있으며, 발암에 기여한다"며 많은 여성들이 알코올 관련 질환으로 사망하고 있다는 연구 결과가 나왔다고 전했다. 안드류스는 암 발병 위험을 줄이고 더 건강한 생활을 유지하기 위해 알코올 음료를 무알코올 음료로 대체할 것을 권장했다. 알코올 대체 추천 음료로는 1). 감귤류 또는 허브가 함유된 탄산수, 2). 카모마일 또는 페퍼민트와 같은 허브 차, 3). 신선한 과일 스무디, 4). 아이스 녹차 레모네이드, 5). 코코넛 워터, 6). 레몬을 곁들인 무가당 아이스티, 7). 수제 과일 주스나 과일 물 등이 있다. 앤드류스는 이러한 음료는 갈증을 해소할 뿐만 아니라 알코올 섭취와 관련된 잠재적인 암 위험 없이 수분과 필수 영양소를 제공하며, 일일 나트륨 섭취량을 2400mg 이하로 줄이는 효과가 있다고 말했다. 나트륨 섭취 감소 또 과도한 나트륨 섭취는 위벽을 손상시키고 위암 발병 가능성을 높일 수 있다. 나트륨을 줄이는 세 가지 실용적인 팁은 첫째 식품 라벨을 주의 깊게 읽고 '저염' 또는 '소금 무첨가'라고 표시된 제품을 선택한다, 둘째 나트륨 함량이 높은 가공 식품이나 포장 식품을 제한하고 과일과 채소, 저지방 단백질과 같은 신선한 식품을 우선시한다, 셋째 소금 대신 허브, 향신료, 마늘, 레몬, 식초와 같은 천연 양념을 사용해 식사하는 게 좋다. 앤드류스는 "이러한 전략을 채택함으로써 일일 나트륨 섭취량을 크게 줄이고 위암 위험을 줄일 수 있다"면서 "핵심은 점진적으로 건강한 식습관을 통합하는 것으로 일상생활에서 지속적으로 실천하는 것이 좋다"고 말했다. 전문가들은 "그러나 개인마다 건강상태나 몸의 상태가 다르기 때문에 종합적인 건강 관리를 통해 암에 대한 위험을 최소화하는 것이 중요하다"고 조언했다.
- 생활경제
2023-09-19 16:02:00