국립부경대학교 생물공학과 김종훈 교수, 서범석 석사과정생 연구팀이 부산 해안에 버려진 스티로폼 부표 폐기물에서 폴리스타이렌(PS) 플라스틱의 생물전환(Bioconversion)에 관여할 수 있는 미생물을 분리하고, 그 작용 특성을 규명했다.

생물전환이란 미생물이나 효소를 이용해 기존 소재나 원료를 원하는 유용 물질로 바꾸는 기술을 말한다.

연구팀은 부산 해안에서 수거한 풍화 발포폴리스타이렌(EPS) 부표 폐기물 표면에 서식하는 미생물을 탐색해 Paenibacillus속 균주 3종(BS8-1, BS8-2, BS11)을 분리했다. EPS는 양식용 부표와 포장재 등에 널리 쓰이지만, 해양 환경에 버려지면 쉽게 파편화돼 미세플라스틱 발생원으로 작용할 수 있다.

연구팀은 이번 연구에서 분리 균주를 폴리스타이렌 필름과 30일 동안 배양한 뒤 주사전자현미경(SEM), 에너지분산형 X선분석(EDS), 물 접촉각, 열분석, 적외선분광분석(ATR-FTIR), 핵자기공명분석(¹H NMR), GC-MS, 전장유전체 및 전사체 분석 등을 종합적으로 수행했다.

연구 결과 세 균주 모두 PS 필름에 부착해 생물막과 유사한 구조를 형성했으며, 세척 후에도 거칠어짐, 패임, 침식 흔적 등이 관찰됐다. 특히 BS8-2 균주는 가장 뚜렷한 변화와 겉보기 질량의 감소를 나타냈다. 또한 균주 처리 후 PS 필름의 물 접촉각이 낮아지고, 산소 관련 신호와 산화 관련 화학적 변화가 증가해 플라스틱의 친수성과 산화성이 높아진 것으로 확인됐다.

연구팀은 전장유전체와 전사체 분석을 통해 BS8-2 균주가 산화환원 반응, 방향족 화합물 처리, 물질 수송, 세포 적응과 관련된 기능을 보유하고 있음을 확인했다. 이는 해양 플라스틱에 형성되는 미생물 군집인 ‘플라스티스피어(plastisphere)’가 플라스틱의 환경 중 변화 과정에 능동적으로 관여할 수 있다는 의미다.

이번 연구는 해안 EPS 부표 폐기물의 미생물이 폴리스타이렌의 산화성 생물전환과 부분적 화학 변화를 유도할 수 있음을 다각도의 분석으로 제시했다는 점에서 의미가 크다. 특히 해양 플라스틱이 단순히 물리적으로 잘게 부서지는 물질이 아니라, 미생물과의 상호작용을 통해 화학적으로도 변화할 수 있음을 보여준 연구로 평가된다.

김종훈 교수는 “이번 연구는 해안 EPS 부표 폐기물이 미세플라스틱의 발생원일 뿐만 아니라, 미생물과 플라스틱 반응이 일어나는 생물학적 계면이 될 수 있음을 보여준 사례”라며, “향후 플라스틱 변환 산물의 기원, 환경 중 거동, 생태독성까지 추적함으로써 해양 플라스틱 오염의 위해성 평가와 관리 기술 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

연구진 사진. 김종훈 교수(왼쪽)와 서범석 석사과정생

환경부 산하 국립생물자원관의 지원을 받아 수행된 이번 연구 성과는 ‘Oxidative surface biodeterioration of polystyrene by plastisphere-derived Paenibacillus strains from weathered EPS buoy debris’라는 제목으로 환경화학 및 생태독성 분야 국제학술지 ‘Environmental Chemistry and Ecotoxicology’에 게재됐다. 이 학술지는 임팩트 팩터(IF) 12.3, JCR 기준 Toxicology 분야 상위 2.4%, Environmental Sciences 분야 상위 4.4%의 저명 국제학술지다.