중합체 PET(polyethylene terephthalate)는 우리 생활에 광범위하게 사용되고 있지만, 제품 포장이나 용기로 사용된 PET는 매립지나 바다에서 생분해 되기까지 적어도 800년이 소요된다. 매년 48억-127억 킬로그램의 플라스틱이 바다에 버려지고 있어 환경 문제가 심각하다. 따라서 이를 분해할 수 있는 효소인 PETases는 과학계의 각별한 관심을 이끌어냈다.

최근 영국, 미국, 브라질 연구진으로 이루어진 국제 연구팀이 플라스틱을 분해할 수 있는 PETase의 능력을 향상시킬 수 있는 방법을 개발했다고 보고했다. 관련 연구는 PNAS (National Academy of Sciences)에 게재되었다 (DOI: 10.1073/pnas.1718804115). 이번 연구에서는 PETase의 3차원 구조를 밝혀냈으며, 플라스틱 분해능력을 향상시키기 위해 효소를 엔지니어링했고, PET의 대체 물질로 재생가능한 원재료에서 만든 PEF(polyethylene-2,5-furandicarboxylate)도 분해할 수 있다고 연구팀은 밝혔다.

PETases에 대한 관심은 2016년으로 거슬러 올라간다. 일본 연구팀은 탄소와 에너지의 원천으로 PET를 먹을 수 있는 새로운 종인 박테리아를 찾아냈다. 지금도 플라스틱을 분해할 수 있는 유일한 박테리아로 알려져 있으며, 실제로 PET를 먹고 자란다. 이 박테리아에서 분비되는 효소가 PETase이다. PETase는 PET를 분해해서 MHET로 변형시키고, 이것을 다시 단위체인 terephthalic acid로 바꾼다.

이번 연구에서는 PETase의 3차원 구조를 결정한 후, 다른 효소와의 차이점을 이해하고자 노력했다고 연구팀은 말한다. 또한 효소의 3차원 구조와 유사한 단백질과 비교함으로 화학 반응이 어떻게 일어나는지 이해하게 되었다고 밝혔다. 또한 컴퓨터 모의실험을 통해서 PETase와 PET가 어떻게 결합이 일어나는지도 분자 수준에서 조사했다. 이를 통해 연구팀은 효소의 활성 분위에서 중요한 역할을 하는 두 개의 아미노산을 찾아낼 수 있었으며, 분자 생물학 기법으로 PETase 돌연변이체를 만들어냈다고 말했다.

연구팀은 컴퓨터 모의실험을 통해 돌연변이 PETase가 원래의 PETase보다 플라스틱 분해를 잘하는지를 설명할 수 있다고 주장했다. 연구팀은 변형된 PETase가 기질에 대해 원래 PETase보다 결합을 강하게 하기 때문이라고 설명했다. 이번 연구는 플라스틱 쓰레기를 분해할 수 있는 효소를 개발할 수 있다는 점에서 의의가 매우 크지만, 아직도 PETase가 PETase인지는 미스테리로 남아있다.