우리가 흔히 아는 대장균, E. coli가 플라스틱 폐기물을 의약품이나 향수로 바꿀 수 있다는 사실, 믿으시나요? 2025년 최신 생명공학 기술은 버려진 플라스틱에 놀라운 새 생명을 불어넣고 있습니다. 단순히 폐기물 처리 문제를 넘어, 지속 가능한 미래를 위한 혁신적인 해결책으로 떠오르는 E. coli 유전공학의 세계를 함께 탐험해볼까요?
E. coli, 폐플라스틱의 놀라운 변신을 이끌다
최근 과학계에서는 폐플라스틱을 활용하는 혁신적인 방법이 큰 주목을 받고 있어요. 바로 우리가 흔히 아는 대장균, 즉 E. coli를 유전적으로 조작해서 플라스틱에서 파생된 분자를 먹고 소화시켜 일반 진통제인 파라세타몰을 생산하는 기술이랍니다. 영국 에든버러 대학교의 화학 생명공학 교수인 스티븐 월리스 박사는 E. coli를 활용해 플라스틱 폐기물을 바닐라 향료나 하수 오물에서 나오는 기름 덩어리를 향수로 바꾸는 데 성공했어요. 이 작은 미생물이 환경 문제를 해결하는 열쇠가 될 수 있다는 사실이 정말 놀랍지 않나요?
생명공학의 ‘일꾼’, E. coli: 왜 이렇게 중요할까요?
E. coli는 생명공학 분야에서 오랫동안 ‘일꾼’ 역할을 해왔어요. 프린스턴 대학교의 분자 생물학 교수 토마스 실하비에 따르면, E. coli는 일반적인 생물학적 원리를 이해하기 위한 모델 유기체로서 지배적인 위치를 차지하고 있답니다. 1885년 독일 소아과 의사 테오도르 에셔리히가 유아의 장내 미생물을 연구하다 처음 발견한 E. coli는 빠르게 성장하고 다루기 쉬워 초기 박테리아 연구에 활발히 사용되었죠.
특히 1940년대에는 병원성이 없는 E. coli K-12 균주를 통해 박테리아가 단순히 분열만 하는 것이 아니라 유전자를 공유하고 재결합하여 새로운 특성을 얻는 ‘박테리아 섹스’가 가능하다는 것이 밝혀졌어요. 이 획기적인 발견으로 E. coli는 유전학 및 분자 생물학 분야의 수많은 이정표를 세우는 데 중심적인 역할을 하게 되었답니다. 유전 코드를 해독하는 데 기여했고, 1970년대에는 외래 DNA를 삽입하여 최초로 유전적으로 조작된 유기체가 되면서 현대 생명공학의 초석을 다졌죠.
E. coli 유전공학: 인슐린을 넘어 다양한 제품 생산으로
E. coli의 활용은 실험실에만 국한되지 않아요. 산업적으로도 유전적으로 조작된 E. coli는 살아있는 공장처럼 작용하며 다양한 제품을 생산하고 있답니다. 예를 들어, 당뇨병 관리에 필수적인 인슐린과 같은 의약품은 물론, 연료와 용매를 만드는 데 사용되는 다양한 플랫폼 화학 물질도 E. coli를 통해 만들어지고 있어요. 1978년에는 소와 돼지 인슐린으로 인해 발생하던 알레르기 문제를 해결하기 위해 E. coli를 이용한 최초의 합성 인간 인슐린이 생산되는 엄청난 발전이 있었죠. 1997년에는 E. coli의 전체 게놈이 염기서열 분석되면서 이 미생물을 이해하고 조작하는 것이 더욱 쉬워졌어요.
E. coli가 가진 특별한 능력들
샌디에이고 캘리포니아 대학교의 아담 파이스트 교수는 E. coli의 수많은 유용한 특징을 높이 평가합니다. E. coli는 유전학에 대한 방대한 지식이 축적되어 있고 조작하기 쉬운 도구들이 많을 뿐만 아니라, 다양한 기질에서 빠르고 예측 가능하게 성장해요. “까다롭지 않아” 냉동했다가 다시 살리는 데에도 문제가 없으며, 외래 DNA를 수용하는 데도 유난히 뛰어나답니다. 파이스트 교수는 “더 많은 미생물과 일할수록 E. coli가 얼마나 강건한지 더 많이 느끼게 돼요”라고 말했어요.
바이오테크 제품 개발을 돕는 깅코 바이오웍스의 신시아 콜린스 이사도 E. coli가 여전히 “좋은 선택”이 될 수 있다고 강조합니다. 대규모 생산을 위한 유기체 선택지가 몇십 년 전보다 넓어졌지만, E. coli는 여전히 매우 경제적이며 많은 양을 생산할 수 있기 때문이죠. 세포에 독성인 물질을 생산할 경우에도, 종종 내성을 갖도록 엔지니어링할 수 있다고 덧붙였어요.
E. coli, 과연 최고의 솔루션일까요? 새로운 미생물 탐색의 중요성
하지만 일부 과학자들은 E. coli의 지배력이 우리가 최적의 바이오테크 솔루션을 찾는 데 방해가 될 수 있다고 우려하기도 해요. 미시간 대학교의 미생물학자이자 엔지니어인 폴 젠슨 교수는 E. coli에 비해 다른 대부분의 박테리아가 얼마나 덜 연구되었는지를 분석했답니다. 그의 요점은 우리가 E. coli를 놀라운 일을 하도록 계속해서 광범위하게 엔지니어링하고 있지만, 자연적으로 그러한 일을 더 잘할 수 있는 다른 미생물들이 있을 수 있다는 거예요. 하지만 우리는 그것들을 찾거나 연구하지 않기 때문에 혜택을 놓치고 있다는 것이죠.
예를 들어, 매립지에서 생물학적 탐사를 한다면 플라스틱뿐만 아니라 다른 모든 종류의 폐기물을 먹기 시작한 미생물을 발견할 수도 있다고 그는 말합니다. 심지어 시멘트나 고무를 만드는 것과 같이 우리가 상상하지 못했던 일들을 할 수 있는 박테리아도 있을 수 있어요. 우리 입안에 사는 박테리아만 해도 산성 내성 면에서는 E. coli보다 뛰어나다고 그는 지적하며, “우리는 E. coli에 너무 깊이 빠져 있어서 충분히 연구하지 않고 있어요”라고 강조했습니다.
V. natriegens: E. coli를 뛰어넘을 차세대 주자?
E. coli의 대안을 모색하려는 노력도 활발하게 이루어지고 있습니다. 그중 하나가 바로 Vibrio natriegens(V. nat)인데요, 이 박테리아는 E. coli의 잠재적 경쟁자로 주목받기 시작했어요. V. nat은 1960년대 미국 조지아주의 염습지에서 처음 분리되었지만, 2010년대 중반까지는 크게 주목받지 못했답니다. 그러나 E. coli보다 두 배나 빠른 초고속 성장률이 인정받으면서 산업적으로 상당한 이점이 될 수 있음이 밝혀졌어요.
코넬 대학교의 생물 및 환경 엔지니어 버즈 바스토우는 V. nat이 외래 DNA를 받아들이는 데 훨씬 더 효율적이며, E. coli와 비교하면 “말에서 자동차로 넘어가는 것과 같다”고 말합니다. 바스토우 박사는 V. nat에 집중하는 이유가 미생물을 이용해 이산화탄소와 친환경 전력으로 제트 연료를 생산하거나 희토류 금속을 채굴하는 등 큰 지속 가능성 문제를 해결하고 싶기 때문이라고 밝혔어요. “간단히 말해, E. coli는 이러한 비전 중 어떤 것도 달성할 수 없을 거예요. V. natriegens는 가능할지도 모릅니다”라고 그는 이야기합니다. 올해 그의 연구실은 Forage Evolution이라는 회사를 설립하여 연구자들이 V. nat을 실험실에서 더 쉽게 엔지니어링할 수 있는 도구를 개발하고 있답니다.
하지만 아담 파이스트 교수는 V. nat이 매력적인 특성을 제공하지만, 광범위한 사용에 필요한 유전 도구가 아직 부족하고 대규모로 능력을 입증해야 한다고 인정했어요. 그는 “E. coli는 대체하기 어려운 존재입니다”라고 덧붙였죠.
지속 가능한 미래, E. coli와 미생물 공학이 그려나갈 길
E. coli는 수십 년간 생명공학 분야의 발전에 지대한 공헌을 해왔고, 2025년 현재 폐플라스틱을 유용한 자원으로 바꾸는 놀라운 가능성을 보여주고 있어요. 물론, E. coli의 한계를 인식하고 V. natriegens와 같은 새로운 미생물을 탐색하는 노력 또한 지속 가능한 미래를 위해 매우 중요하답니다. 이처럼 다양한 미생물들이 가진 잠재력을 최대한 활용한다면, 폐기물 문제를 해결하고 인류의 삶을 더욱 풍요롭게 만드는 혁신적인 해답을 찾을 수 있을 거예요. 우리가 앞으로 어떤 놀라운 생명공학 기술을 만나게 될지 정말 기대되지 않나요? 여러분은 E. coli의 어떤 변신이 가장 놀랍다고 생각하시나요?
출처: https://www.bbc.com/news/articles/c4gvm1kjxxvo
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