경상대 윤성철 전 석좌교수 (사진=경상대 제공)

경상대학교는 지난 6일 윤성철 전 석좌교수(72)가 토양세균 세포 내 PHA 나노입자의 구조 및 세균의 생존 관련 생리적 기능을 세계 최초로 밝혔다.

미생물 분야의 토양세균이 세포내에 PHA 폴리머 나노알갱이 구조물을 왜 만드는가에 관한 100년 난제를 풀어낸 것이다. 이 같은 연구성과는 지난 5일 저녁 'Nature' 저널의 'Scientific Reports'에 공개됐다.

세균은 보통 성장환경의 영양상태가 좋지 않고, 주변에 영양화 탄소물질이 많으면 세포내에 PHA 폴리머를 합성, 나노알갱이 형태로 축적한다. 대부분의 미생물과학자들은 이때의 PHA 축적을 나중에 필요할 때 사용하기 위한 에너지원의 축적으로 해석해 왔다.

윤 교수는 세균 자신이 생존하기 힘든 상황의 영양 상태인데 미래를 위해 에너지를 축적한다는 생태논리는 "어딘가 이상하다"고 생각해 연구를 시작했다.

연구 끝에, 윤 교수는 단세포 생물인 세균은 자연계 토양 및 물에 존재하는 Ca2+ 스트레스를 극복하기 위해 외부로부터 세포내에 들어오는 Ca2+를 세포내 PHA 단위나노입자의 카복실-코어에 축적 보관한다는 사실을 알아냈다.

최근 난분해성 석유플라스틱의 미세플라스틱화로 인해 앞으로 예상되는 재앙적 수준의 지구 해양생태계를 포함, 모든 생물 생태계 교란 가능성의 이슈와 관련해 미생물에 의해 분해 소멸되는 생분해성 플라스틱소재는 생태환경 친화적이므로 상대적 비용이 조금 높아도 그 가치는 월등하다.

특히 생물고분자 중에서도 셀루로즈, 폴리펩티드 등 다른 비 열가소성 생물고분자에 비해 PHA 계열 고분자는 열가공이 쉬워 그 가공처리 응용성이 뛰어날 뿐만 아니라 기계적 성질도 매우 우수하여 산업적으로 매우 중요하다. 또한 사용 후 퇴비화 등으로 처리될 수 있어 완전 환경 친화적이다.

윤 교수는 "생산비용이 상대적으로 아직 비싸다는 단점이 있으나 이는 예상되는 미세플라스틱 생태계 위협 문제 등 지구환경재해 예방차원에서 인간이 지불해야 할 비용일 수도 있다"며 "이번 연구결과를 바탕으로 세균으로부터의 생분해성폴리머 PHA 생산성 한계의 극복이 가능해졌다고 생각된다. 세균세포내의 합성축적은 생산성의 한계가 있으나 세포외 생산은 그것을 극복할 수 있다. 이번 발견이 세포외 대량생산의 기술개발을 앞당길 것으로 생각된다"고 강조했다.

이어 "미국에서 귀국 후 경상대학교에서 생분해성 고분자의 생합성, 분해, 응용 연구를 해온 지난 30년 중 거의 20여 년 동안 세균 세포내 PHA 폴리머 나노입자의 효소적 분해 메커니즘 연구 도중 파생적으로 얻어진 연구성과로서 끊임없이 파고 또 파는 꾸준한 기초연구가 얼마나 중요한지를 나에게 일깨워준 연구이다"고 말했다.

또한 그는 "한국의 대학에서의 연구가 정년으로 인해 마무리하지 못하고 중단돼 안타깝게 여겨지는 게 현실이다. 그러나 나이 72를 넘은 시점에서 그동안의 연구결과를 정리해 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)'에 발표할 수 있었음에 문하의 대학원생 및 연구에 도움을 주신 모두에게 감사드린다"고 덧붙였다.