벌집 잡아먹는 나방, 플라스틱 분해한다?!
벌집 잡아먹는 나방, 플라스틱 분해한다?!
  • 함예솔
  • 승인 2019.03.11 06:20
  • 조회수 1669
  • 댓글 0
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플라스틱 먹고있는 꿀벌부채명나방. 출처: 한국생명공학연구원
플라스틱 먹고있는 꿀벌부채명나방. 출처: 한국생명공학연구원

꿀벌부채명나방이란?

  • 꿀벌부채명나방은 나방의 한 종류로 꿀벌에 기생하면서 꿀벌집의 구성물질인 왁스를 분해합니다. 성충이 꿀벌 집에 알을 낳으면 부화해 애벌레 상태에서 꿀벌 집을 먹습니다. 
  • 꿀벌부채명나방은 병원성세균의 동물 모델로 널리 사용되는데요. 사람 체온에서 병을 일으키는 병원성 세균처럼 37도에서도 잘 자라고, 1~2일 내에 증상을 보이며 초파리나 예쁜꼬마선충 같이 너무 작지도 않아 직접 원하는 부위에 병원균 접종이 가능합니다. 
  • 가격이 저렴해 대량 약물 스크리닝이 가능하고, 항생제내성 세균인 슈퍼박테리아 연구에 중요한 동물 모델로 사용되고 있습니다. 
  • 특히 쥐에 대한 실험 결과와 연관성이 높아 쥐와 같은 소형동물 실험에 대한 윤리적 대체 방안으로 최근 각광받고 있습니다.

 

플라스틱 맛있오~ 출처: 한국생명공학연구원
플라스틱 맛있오~ 출처: 한국생명공학연구원

뭘 발견했는가?

  • 한국생명공학연구원 감염병연구센터 류충민 박사팀이 꿀벌해충에서 플라스틱 분해 실마리를 찾았다고 합니다. 
  • 기존 미생물에 의한 플라스틱 분해 이외에 곤충의 효소에 의해서 플라스틱을 분해할 수 있다는 결과를 보여줘 플라스틱 오염문제 해결에 새로운 전기를 맞이할 수 있을 것으로 기대됩니다. 
  • 이번 연구는 <Cell Reports>에 게재됐습니다.

 

특이한 점은?

  • 연구팀은 꿀벌부채명나방이 벌집을 먹이로 삼는다는 점에서 연구 아이디어를 얻었습니다. 
  • 벌집은 왁스라는 물질로 구성돼 있는데, 왁스는 구조상 플라스틱과 아주 유사하게 생겼고, 특히 플라스틱 중에 폴리에틸렌과 비슷합니다. 
  • 이전 연구에서 왁스를 분해하는 꿀벌부채명나방이 플라스틱도 분해할 수 있다는 보고가 있었습니다. 기존 연구는 왁스의 화학적 구조가 플라스틱의 주원료인 폴리에틸렌과 유사해 꿀벌부채명나방이 플라스틱을 부숴 먹은 후 장내에서 소화시켜 분해한다는 사실을 밝혀낸 연구였습니다.
  • 기존 연구에서는 플라스틱이 꿀벌부채명나방의 장내 미생물에 의해서 분해된다는 것이 정설이었습니다. 하지만 본 연구에서 항생제를 이용해 장내 미생물을 모두 제거한 후에도 동일하게 플라스틱을 분해한다는 것을 확인했습니다. 

 

꿀벌부채명나방의 왁스 분해과정 도식화. 출처: 한국생명공학연구원
꿀벌부채명나방의 왁스 분해과정 도식화. 출처: 한국생명공학연구원

어떻게 조사했나?

  • 연구팀은 꿀벌부채명나방의 유전체를 분석하고 왁스와 플라스틱을 먹였을 때 곤충 장내에서 특별하게 만들어지는 단백질을 분석했습니다.
  • 가스크로마토그래피 질량분석기(GC-MS)를 이용해 긴 사슬의 탄소가 베타-산화과정(Beta-oxidation)을 거쳐 작게 조각나는 것을 확인했습니다. 
  • 장내미생물을 제거시킨 것과 그렇지 않은 꿀벌부채명나방에서 동일하게 플라스틱의 긴 사슬이 분해돼 짧은 형태의 플라스틱조각들로 나뉘어지는 것을 봤을 때, 장내 미생물이 없더라도 꿀벌부채명나방 단독으로 플라스틱을 분해할 수 있다는 것을 발견했습니다.
  • 그 결과 연구팀은 왁스와 플라스틱을 분해할 때 만들어지는 다량의 효소(에스터라아제, 라이페이즈, 시토크롬 P450)를 새롭게 찾아서 보고했습니다. 참고로 에스터라아제, 라이페이즈, 시토크롬 P450 효소는 긴 사슬의 탄소를 분해하는데 필요한 효소입니다.
  • 해당 유전체분석을 통해 꿀벌부채명나방이 다른 비슷한 곤충과 비교해 왁스 분해 효소의 종류와 유전자의 개수가 확장되어 있다는 것을 확인했습니다. 

 

꿀벌부채명나방의 왁스 섭식. 출처: 한국생명공학연구원
꿀벌부채명나방의 왁스 섭식. 출처: 한국생명공학연구원

이 연구가 왜 중요할까?

  • 꿀벌부채명나방은 플라스틱의 가장 많은 부분을 차지하는 폴리에틸렌을 효과적으로 분해할 수 있습니다. 따라서 꿀벌부채명나방의 장내 효소를 발굴해 대량배양 후 이용한다면, 플라스틱 오염의 근본적인 해결책을 마련할 수 있을 것으로 기대됩니다.
  • 또, 꿀벌부채명나방 외에도 플라스틱을 분해할 것으로 예상되는 밀웜과 다른 명나방류에 대한 추가적인 연구를 통해 플라스틱 분해 효소의 추가적인 선발도 가능할 것으로 생각됩니다.  

 

류충민 박사. 출처: 한국생명공학연구원
류충민 박사. 출처: 한국생명공학연구원

 

 

"꿀벌부채명나방 유래 효소를 이용한다면 보다 효율적으로 플라스틱을 분해할 수 있는 새로운 기술을 확보할 수 있을 것으로 예상되며, 산업적 가치도 높을 것으로 기대합니다"

-류충민 박사-

 

 

 

 

 

 


##참고자료##

Kong, Hyun Gi, et al. "The Galleria mellonella Hologenome Supports Microbiota-Independent Metabolism of Long-Chain Hydrocarbon Beeswax." Cell reports 26.9 (2019): 2451-2464.

 


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