경북대, PET 분해효소 성능 높이는 '효소 표면 원리' 규명

경북대 연구진이 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 플라스틱 분해효소의 성능을 높일 수 있는 새로운 원리를 규명했다.29일 경북대에 따르면 생명공학부 김경진 교수(사진) 연구팀은 PET 분해효소(PETase)의 성능을 결정하는 핵심 요소로 효소 표면의 '밀착 각도'와 '전하 특성'을 규명하고, 이를 활용해 분해 속도를 최대 2.8배 높이는 데 성공했다.PET를 효소로 분해해 원료 물질로 되돌리는 바이오촉매 재활용(BR) 기술은 효소 성능이 공정 효율을 좌우한다. 연구팀은 기존처럼 플라스틱을 절단하는 촉매 부위뿐 아니라 효소의 표면 역시 성능을 결정하는 중요한 요소라는 점에 주목했다.연구 결과 CaPETase 효소 표면의 작은 고리 구조(SEC-loop)가 PET 접근을 방해하는 것으로 나타났다. 연구팀은 이 구조를 줄여 효소가 PET 표면에 보다 적절한 각도로 밀착하도록 설계했고, 그 결과 분해 속도가 최대 2.8배 향상됐다. 이러한 원리는 Kubu-P와 LCC 등 다른 대표적인 PET 분해효소에도 공통적으로 적용되는 것으로 확인됐다.또 효소 표면의 전하 특성을 조절해 알칼리성 환경에서 발생하는 PET와 효소 간 정전기적 반발력을 줄이는 데도 성공했다. 이를 통해 더 넓은 pH 범위에서 높은 활성을 유지할 수 있게 돼 반응 과정에서 필요한 염기 용액 사용량을 줄이고 공정 비용과 탄소 배출을 낮출 수 있을 것으로 기대된다.연구팀은 이번 성과가 앞서 개발한 바이오촉매 '쿠부M12(Kubu-PM12)'를 비롯한 다양한 PET 분해효소의 성능 향상과 상용화에도 활용될 것으로 전망했다. 경북대 기술지주 자회사인 ㈜자이엔은 현재 바이오촉매 재활용 기술의 실증 연구를 진행하며 사업화 가능성을 검증하고 있다.김경진 교수는 "효소 표면의 구조와 전하가 플라스틱 분해 성능을 좌우할 수 있다는 점을 확인했다"며 "촉매 부위뿐 아니라 효소 표면까지 활용하는 새로운 설계 전략으로 더 적은 효소로 더 빠르고 경제적인 플라스틱 재활용 기술을 구현해 나가겠다"고 말했다.이번 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'와 '저널 오브 해저더스 머티리얼즈'에 각각 게재됐으며, 한국연구재단과 한국산업기술진흥원 등의 지원을 받아 수행됐다.