KR102126889B1 - 플라스틱 분해 활성을 갖는 신규 미생물 및 이의 용도 - Google Patents
플라스틱 분해 활성을 갖는 신규 미생물 및 이의 용도 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 갈색거저리(Tenebrio molitor) 애벌레의 장내에서 분리되고 플라스틱 분해 활성을 갖는 미생물을 제공한다. 본 발명에 따른 플라스틱 분해 활성을 갖는 미생물은 PET(Polyethylene terephthalate), PVC(Polyvinyl chloride), PS(Polystyrene), PP(Polypropylene) 또는 PE(Polyethylene)에서 선택되는 1종 이상의 플라스틱을 적정 배양 조건에서 선택적으로 또는 전체적으로 분해하여 저분자 물질로 전환시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 플라스틱 분해 활성을 갖는 미생물은 플라스틱 재활용을 위한 전처리 과정에 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 플라스틱 분해 활성을 갖는 신규 미생물 및 이의 용도에 관한 것으로서, 더 상세하게는 갈색거저리(Tenebrio molitor) 애벌레에서 분리되고 다양한 플라스틱을 선택적 또는 전체적으로 분해할 수 있는 신규 미생물 및 이를 이용한 플라스틱 전처리에 관한 것이다.
폐기물은 금속, 유리, 플라스틱 등 다양한 물질을 포함한다. 플라스틱은 산업 폐기물 및 생활 폐기물을 통틀어 금속보다 월등히 많은 양을 차지하고 있으며, 이에 따라 그 가치를 경제적으로 환산시켜보았을 때 금속을 뛰어넘는다. 한편, 플라스틱의 주원료인 석유의 고갈로 인해 폐기물로 배출되는 플라스틱의 재활용에 대한 필요성이 더욱 대두되고 있다.
플라스틱은 재활용 시 대개 한 제품 속에 다양한 종류의 플라스틱이 사용되고, 다양한 종류의 플라스틱들이 한꺼번에 수집되어 재활용된다. 이 때문에 각 플라스틱 재질은 타 플라스틱 재질이 불순물로 작용하여 단일 재질로서의 순도를 완벽히 유지하기 어려우며, 그 결과 품질이 떨어져 신재 플라스틱에 비해 경제적 가치가 약 34% 정도 낮게 평가된다. 특히 생활 폐기물 중에 섞여 있는 혼합 폐 플라스틱을 성상별로 경제성 있게 분리하기가 어려워 혼합 폐 플라스틱을 선별하는 기술 개발이 절실한 실정이다. 플라스틱 재활용 공정은 크게 전처리 과정 및 재생 과정으로 이루어지고, 전처리 과정에서 혼합 폐 플라스틱은 성상별로 분리 선별된다. 혼합 폐 플라스틱을 성상별로 분리 선별하기 위해 주로 습식 부유 선별 방법이 주로 사용되는데, 습식 부유 선별을 하기 위해서는 많은 양의 물이 필요하고 습식 부유 선별을 거치더라도 약 2% 정도의 타 재질이 섞여 있어서 저급의 플라스틱으로 재활용된다. 특히, PVC(Polyvinyl chloride)는 습식 부유 선별을 거친 플라스틱에 대해 이물질로 작용하므로 플라스틱 재활용 공정의 전처리 과정에서 PVC(Polyvinyl chloride)의 사전 제거가 필수적이다.
한편, 최근 미생물을 이용하여 폐수나 폐기물에 함유된 플라스틱을 처리하는 기술이 개발되고 있다. 예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-0350928호에는 호기성 조건에서 생육이 양호하며, 폴리비닐알코올의 분해능력이 개선된 신규 미생물 크레브시엘라 뉴모니에 씨제이-피브이에이 에이(Klebsiella pneumoniae CJ-PVA a; 기탁번호 제KFCC-11126호)와, 이를 이용하여 폴리비닐알코올이 함유된 폐수를 처리하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 대한민국 등록특허 제10-0513931호에는 마이크로박테리움 바커리 엘씨 (Microbacterium barkeri LC) (기탁번호 : KCCM 10507)와 이를 이용하여 폴리비닐알코올을 생물학적으로 분해하는 방법이 개시되어 있다.
갈색거저리(Tenebrio molitor)는 거저리과에 속하는 곤충의 일종이다. 갈색거저리의 애벌레는 흔히 밀웜(mealworm)이라 부르고 주로 애완동물의 먹이와 식용 곤충으로 많이 사용된다. 2015년에 밀웜(mealworm)이 폴리스티렌을 재사용이 가능한 유기물질로 분해할 수 있다는 사실이 발견되었다[Jordan, Rob. "Plastic-eating worms may offer solution to mounting waste, Stanford researchers discover". Stanford News Service. Stanford News Service. Retrieved 24 March 2016.]. 그러나 밀웜의 플라스틱 분해 메커니즘은 알려진바가 없고, 이로 인해 상업화도 시도되지 않았다.
본 발명은 종래의 기술적 배경하에서 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다양한 플라스틱에 대해 분해 활성을 가지는 신규 미생물 및 이의 용도를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 발명자들은 갈색거저리 애벌레의 폴리스티렌 분해능력이 갈색거저리 애벌레의 장내에서 서식하는 미생물에 기인하다는 가정하에 갈색거저리 애벌레의 장내에서 서식하는 미생물을 분리하고, 분리된 미생물 중 일부가 다양한 플라스틱에 대해 우수한 분해 활성을 보인다는 점을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 예는 갈색거저리(Tenebrio molitor) 애벌레의 장내에서 분리되고, 클레브시엘라 옥시토카(Klebsiella oxytoca), 에스케리치아 페르구소니(Escherichia fergusonii) 또는 바실러스 토요넨시스(Bacillus toyonensis) reborn(수탁번호 : KACC 81043BP)에서 선택되며, 플라스틱 분해 활성을 갖는 것을 특징으로 하는 미생물을 제공한다. 상기 갈색거저리(Tenebrio molitor) 애벌레의 장내에서 분리된 미생물은 PET(Polyethylene terephthalate), PVC(Polyvinyl chloride), PS(Polystyrene), PP(Polypropylene) 또는 PE(Polyethylene)에서 선택되는 1종 이상의 플라스틱에 대해 분해 활성을 갖는다. 또한, 상기 갈색거저리(Tenebrio molitor) 애벌레의 장내에서 분리된 미생물의 플라스틱 분해 활성은 배양 온도, 배양 시간 등에 의해 다양한 범위를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 갈색거저리(Tenebrio molitor) 애벌레의 장내에서 분리된 클레브시엘라 옥시토카(Klebsiella oxytoca)는 약 15일 동안 플라스틱과 함께 배양될 때 PET(Polyethylene terephthalate), PS(Polystyrene), PE(Polyethylene)에 대해 상대적으로 높은 분해 활성을 보인다. 또한, 상기 갈색거저리(Tenebrio molitor) 애벌레의 장내에서 분리된 클레브시엘라 옥시토카(Klebsiella oxytoca)는 약 30일 동안 플라스틱과 함께 배양될 때 PET(Polyethylene terephthalate), PVC(Polyvinyl chloride) 및 PP(Polypropylene)에 대해 상대적으로 높은 분해 활성을 보인다. 또한, 상기 갈색거저리(Tenebrio molitor) 애벌레의 장내에서 분리된 에스케리치아 페르구소니(Escherichia fergusonii)는 약 15일 동안 플라스틱과 함께 배양될 때 PET(Polyethylene terephthalate), PVC(Polyvinyl chloride), PS(Polystyrene), PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) 전체에 대해 높은 분해 활성을 보인다. 또한, 상기 갈색거저리(Tenebrio molitor) 애벌레의 장내에서 분리된 에스케리치아 페르구소니(Escherichia fergusonii)는 약 30일 동안 플라스틱과 함께 배양될 때 PET(Polyethylene terephthalate), PS(Polystyrene) 및 PE(Polyethylene)에 대해 상대적으로 높은 분해 활성을 보인다. 또한, 상기 갈색거저리(Tenebrio molitor) 애벌레의 장내에서 분리된 바실러스 토요넨시스(Bacillus toyonensis) reborn(수탁번호 : KACC 81043BP)은 약 15일 동안 플라스틱과 함께 배양될 때 PET(Polyethylene terephthalate), PVC(Polyvinyl chloride) 및 PE(Polyethylene)에 대해 상대적으로 높은 분해 활성을 보인다. 또한, 상기 갈색거저리(Tenebrio molitor) 애벌레의 장내에서 분리된 바실러스 토요넨시스(Bacillus toyonensis) reborn(수탁번호 : KACC 81043BP)은 약 30일 동안 플라스틱과 함께 배양될 때 PET(Polyethylene terephthalate), PVC(Polyvinyl chloride), PS(Polystyrene) 및 PE(Polyethylene)에 대해 상대적으로 높은 분해 활성을 보인다. 본 발명의 일 예에 따른 플라스틱 분해 활성을 갖는 미생물들, 배양 온도 및 배양 시간을 공정 파라미터로 조합하여 폐플라스틱 또는 플라스틱 함유 폐기물을 처리하면 특정 플라스틱을 상대적으로 많이 분해시키거나 모든 플라스틱을 재사용이 가능한 저분자 물질로 분해시킬 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 예는 플라스틱 함유 폐기물 또는 폐 플라스틱을 플라스틱 분해 활성을 갖는 미생물과 함께 배양하는 단계를 포함하는 방법으로서, 상기 플라스틱 분해 활성을 갖는 미생물은 갈색거저리(Tenebrio molitor) 애벌레의 장내에서 분리되고, 클레브시엘라 옥시토카(Klebsiella oxytoca), 에스케리치아 페르구소니(Escherichia fergusonii) 또는 바실러스 토요넨시스(Bacillus toyonensis) reborn(수탁번호 : KACC 81043BP)에서 선택되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 분해 방법을 제공한다. 본 발명의 일 예에 따른 플라스틱 분해 방법에서 상기 플라스틱 또는 폐 플라스틱은 PET(Polyethylene terephthalate), PVC(Polyvinyl chloride), PS(Polystyrene), PP(Polypropylene) 또는 PE(Polyethylene)에서 선택되는 1종 이상으로 구성될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 예에 따른 플라스틱 분해 방법에서 상기 미생물의 배양 온도는 25~40℃이고 배양 시간은 10~60일인 것이 바람직하나, 반드시 여기에 제한되는 것은 아니며 분해하고자 하는 플라스틱의 종류, 플라스틱 분해 활성을 갖는 미생물의 조합 등에 의해 다양한 범위에서 변경될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 예에 따른 플라스틱 분해 방법에서 상기 미생물의 배양 온도는 27~38℃에서 선택되고 배양 시간은 15~30일에서 선택될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 예는 플라스틱 함유 폐기물 또는 폐 플라스틱을 플라스틱 분해 활성을 갖는 효소와 반응시키는 단계를 포함하는 방법으로서, 상기 플라스틱 분해 활성을 갖는 효소는 미생물은 갈색거저리(Tenebrio molitor) 애벌레의 장내에서 분리되고, 클레브시엘라 옥시토카(Klebsiella oxytoca), 에스케리치아 페르구소니(Escherichia fergusonii) 또는 바실러스 토요넨시스(Bacillus toyonensis) reborn(수탁번호 : KACC 81043BP)에서 선택되는 미생물이 생산하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 분해 방법을 제공한다. 본 발명의 다른 예에 따른 플라스틱 분해 방법에서 상기 플라스틱 또는 폐 플라스틱은 PET(Polyethylene terephthalate), PVC(Polyvinyl chloride), PS(Polystyrene), PP(Polypropylene) 또는 PE(Polyethylene)에서 선택되는 1종 이상으로 구성될 수 있다. 본 발명의 다른 예에 따른 플라스틱 분해 방법에서 상기 상기 플라스틱 분해 활성을 갖는 효소는 플라스틱 분해 활성을 갖는 미생물의 세포 외 물질 또는 세포내 물질일 수 있고, 다양한 유전자 재조합을 통해 대량으로 생산할 수 있다.
본 발명에 따른 플라스틱 분해 방법은 플라스틱 재활용을 위한 전처리 과정으로 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 플라스틱 분해 활성을 갖는 미생물은 PET(Polyethylene terephthalate), PVC(Polyvinyl chloride), PS(Polystyrene), PP(Polypropylene) 또는 PE(Polyethylene)에서 선택되는 1종 이상의 플라스틱을 적정 배양 조건에서 선택적으로 또는 전체적으로 분해하여 저분자 물질로 전환시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 플라스틱 분해 활성을 갖는 미생물은 플라스틱 재활용을 위한 전처리 과정에 사용될 수 있다.
도 1은 고체 배지를 이용한 플라스틱 분해 실험에서 갈색거저리 애벌레의 장내에서 분리된 28℃-2 미생물의 플라스틱 분해 활성을 나타낸 것이다.
도 2는 고체 배지를 이용한 플라스틱 분해 실험에서 갈색거저리 애벌레의 장내에서 분리된 28℃-2-1 미생물의 플라스틱 분해 활성을 나타낸 것이다.
도 3은 고체 배지를 이용한 플라스틱 분해 실험에서 갈색거저리 애벌레의 장내에서 분리된 28℃-3-1 미생물의 플라스틱 분해 활성을 나타낸 것이다.
도 4는 고체 배지를 이용한 플라스틱 분해 실험에서 갈색거저리 애벌레의 장내에서 분리된 28℃-8 미생물의 플라스틱 분해 활성을 나타낸 것이다.
도 5는 고체 배지를 이용한 플라스틱 분해 실험에서 갈색거저리 애벌레의 장내에서 분리된 37℃-1 미생물의 플라스틱 분해 활성을 나타낸 것이다.
도 6은 고체 배지를 이용한 플라스틱 분해 실험에서 갈색거저리 애벌레의 장내에서 분리된 37℃-2 미생물의 플라스틱 분해 활성을 나타낸 것이다.
도 7은 고체 배지를 이용한 플라스틱 분해 실험에서 갈색거저리 애벌레의 장내에서 분리된 37℃-2-1 미생물의 플라스틱 분해 활성을 나타낸 것이다.
도 8은 고체 배지를 이용한 플라스틱 분해 실험에서 갈색거저리 애벌레의 장내에서 분리된 37℃-6 미생물의 플라스틱 분해 활성을 나타낸 것이다.
도 9는 고체 배지를 이용한 플라스틱 분해 실험에서 갈색거저리 애벌레의 장내에서 분리된 37℃-7 미생물의 플라스틱 분해 활성을 나타낸 것이다.
도 10은 고체 배지를 이용한 플라스틱 분해 실험에서 갈색거저리 애벌레의 장내에서 분리된 37℃-9 미생물의 플라스틱 분해 활성을 나타낸 것이다.
도 1 내지 도 10에서 왼쪽의 플레이트는 플라스틱 필름을 설치한 실험군이고 오른쪽의 플레이트는 플라스틱 필름을 설치하지 않은 대조군이다.
도 11은 액체 배지를 이용한 PVC(Polyvinyl chloride) 분해 실험에서 배양 15일 후 대조군(Control)의 배양액을 가스크로마토그래피로 분석한 결과이다.
도 12는 액체 배지를 이용한 PVC(Polyvinyl chloride) 분해 실험에서 배양 15일 후 선별된 균주 에스케리치아 페르구소니(Escherichia fergusonii)의 배양액을 가스크로마토그래피로 분석한 결과이다.
도 2는 고체 배지를 이용한 플라스틱 분해 실험에서 갈색거저리 애벌레의 장내에서 분리된 28℃-2-1 미생물의 플라스틱 분해 활성을 나타낸 것이다.
도 3은 고체 배지를 이용한 플라스틱 분해 실험에서 갈색거저리 애벌레의 장내에서 분리된 28℃-3-1 미생물의 플라스틱 분해 활성을 나타낸 것이다.
도 4는 고체 배지를 이용한 플라스틱 분해 실험에서 갈색거저리 애벌레의 장내에서 분리된 28℃-8 미생물의 플라스틱 분해 활성을 나타낸 것이다.
도 5는 고체 배지를 이용한 플라스틱 분해 실험에서 갈색거저리 애벌레의 장내에서 분리된 37℃-1 미생물의 플라스틱 분해 활성을 나타낸 것이다.
도 6은 고체 배지를 이용한 플라스틱 분해 실험에서 갈색거저리 애벌레의 장내에서 분리된 37℃-2 미생물의 플라스틱 분해 활성을 나타낸 것이다.
도 7은 고체 배지를 이용한 플라스틱 분해 실험에서 갈색거저리 애벌레의 장내에서 분리된 37℃-2-1 미생물의 플라스틱 분해 활성을 나타낸 것이다.
도 8은 고체 배지를 이용한 플라스틱 분해 실험에서 갈색거저리 애벌레의 장내에서 분리된 37℃-6 미생물의 플라스틱 분해 활성을 나타낸 것이다.
도 9는 고체 배지를 이용한 플라스틱 분해 실험에서 갈색거저리 애벌레의 장내에서 분리된 37℃-7 미생물의 플라스틱 분해 활성을 나타낸 것이다.
도 10은 고체 배지를 이용한 플라스틱 분해 실험에서 갈색거저리 애벌레의 장내에서 분리된 37℃-9 미생물의 플라스틱 분해 활성을 나타낸 것이다.
도 1 내지 도 10에서 왼쪽의 플레이트는 플라스틱 필름을 설치한 실험군이고 오른쪽의 플레이트는 플라스틱 필름을 설치하지 않은 대조군이다.
도 11은 액체 배지를 이용한 PVC(Polyvinyl chloride) 분해 실험에서 배양 15일 후 대조군(Control)의 배양액을 가스크로마토그래피로 분석한 결과이다.
도 12는 액체 배지를 이용한 PVC(Polyvinyl chloride) 분해 실험에서 배양 15일 후 선별된 균주 에스케리치아 페르구소니(Escherichia fergusonii)의 배양액을 가스크로마토그래피로 분석한 결과이다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 기술적 특징을 명확하게 예시하기 위한 것 일뿐, 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.
1.
갈색거저리
(
Tenebrio
molitor
) 애벌레의 장내 미생물 분리, 선별 및 동정
(1) 갈색거저리 애벌레의 장내 미생물 분리
2주 동안 발포폴리스티렌(Expanded polystyrene, EPS) 및 폴리비닐클로라이드(Polyvinyl chloride, PVC)만을 섭취한 갈색거저리 애벌레 약 40마리(총 무게 : 5g)를 생리식염수(0.85% NaCl) 50㎖에 투입하고 분쇄기로 약 30초 동안 분쇄하여 갈색거저리 애벌레 분쇄액을 수득하였다. 이후, 갈색거저리 애벌레 분쇄액을 생리식염수를 사용하여 다양한 배율(10-4, 10-5, 10-6, 10-7)로 희석하여 4개의 갈색거저리 애벌레 희석액을 수득하였다. 이후, 갈색거저리 애벌레 희석액을 LB 한천 배지 및 Difco 한천 배지에 접종하여 총 16개의 접종 플레이트를 제작하고 28℃ 및 37℃에서 2일 동안 배양하여 멀티 콜로니(multi colonies)가 형성된 배양 플레이트를 수득하였다. 상기 LB 한천 배지는 증류수 500㎖에 LB Broth 10g 및 한천(Agar) 10g을 첨가하고 혼합한 후 멸균기에서 40분 동안 멸균한 것이다. 또한, 상기 Difco 한천 배지는 증류수 500㎖에 Difco nutrient broth 1.5g, Yeast extract 12.5g 및 한천(Agar) 10g을 첨가하고 혼합한 후 멸균기에서 40분 동안 멸균한 것이다. 이후, 배양 플레이트에 형성된 멀티 콜로니로부터 각 콜로니를 취하고 LB 한천 배지 및 Difco 한천 배지에 도말(streaking)한 후 대응되는 멀티 콜로니 배양 조건과 동일한 조건으로 1일 동안 배양하여 총 28종의 단일 콜로니를 수득하였고, 색상, 형상의 매끈함 정도 및 꼬리 운동성을 기준으로 재분류하여 총 19종의 단일 콜로니를 수득하였다. 총 19종의 단일 콜로니 중 7종은 28℃에서 배양한 것이고 12종은 37℃에서 배양한 것이다.
(2) 갈색거저리 애벌레의 장내에서 분리된 미생물의 플라스틱 분해 활성 측정(고체 배지)
앞에서 수득한 총 19종의 단일 콜로니를 탄소원이 없는 기본 한천 배지(Carbon-free basal agar medium, CFBAM) 상에 각각 도말(streaking)하여 CFBAM 플레이트를 제작하였다. 상기 CFBAM은 증류수 1000㎖에 KH2PO4 0.7g, K2HPO4 0.7g, MgSO4·H2O 0.7g, NH4NO3 1.0g, NaCl 0.005g, FeSO4·H2O 0.002g, ZnSO4·H2O 0.002g, MnSO4·H2O 0.001g 및 한천(agar) 15g을 첨가하고 혼합한 후 멸균기에서 40분 동안 멸균한 것이다. 이후, CFBAM 플레이트를 4개의 영역으로 분할하고 각 영역에 폴리스티렌(Polystyrene, PS) 필름, (Polyvinyl chloride, PVC) 필름, 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 필름 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET) 필름을 설치하였다. CFBAM은 탄소원이 없기 때문에 미생물을 플라스틱 필름을 분해하지 않으면 생존할 수 있다. 다만, 매우 희박하게 생존을 위해 한천(agar)을 분해하는 미생물이 존재할 수 있으므로, 대조군(Control group)으로 CFBAM 상에 단일 콜로니를 각각 도말하고 별도의 플라스틱 필름을 설치하지 않은 CFBAM 플레이트를 제작하였다. 이후, 플라스틱 필름이 설치된 CFBAM 플레이트 및 플라스틱 필름이 설치되지 않은 CFBAM 플레이트를 28℃ 또는 37℃에서 28일 동안 배양하였다. 플라스틱 필름의 주변에서 성장하면서 동시에 대응되는 대조군에서 성장하지 않는 미생물은 플라스틱 분해 활성을 갖는 것으로 여겨질 수 있다. 28일 동안의 배양 후에 10종의 미생물이 필름 가장자리에서 생존하였고, 구체적인 결과는 하기 표 1 및 도 1 내지 도 10과 같다.
미생물 구분 (배양 온도-No.) |
플라스틱 필름별 미생물 생존 여부 | 대조군에서 미생물 생존 여부 | |||
PET | PP | PVC | PS | ||
28℃-2 | × | × | ○ | ○ | × |
28℃-2-1 | × | × | ○ | ○ | ○ |
28℃-3-1 | ○ | ○ | ○ | ○ | × |
28℃-8 | × | × | ○ | ○ | × |
37℃-1 | × | × | × | ○ | × |
37℃-2 | × | × | ○ | × | × |
37℃-2-1 | × | × | ○ | ○ | |
37℃-6 | ○ | × | ○ | ○ | × |
37℃-7 | ○ | × | ○ | ○ | × |
37℃-9 | × | × | ○ | ○ | × |
상기 표 1에서 '○'는 플라스틱 필름 주변에 미생물이 자랐다는 것을 의미하고, '×'는 플라스틱 필름 주변에 미생물이 자라지 않았다는 것을 의미한다. 한편, 28℃-2-1 미생물의 경우 대조군에서 미약한 형태로 아주 적은 양이 자란 반면, 해당 플라스틱 필름 주변에서 밀집된 형태로 아주 많은 양이 자랐기 때문에 플라스틱 분해 활성을 갖는 미생물에 포함하였다.
(3) 미생물의 동정 및 선별
상기 표 1에 기재된 미생물의 DNA를 추출하고 증폭한 후 16S rDNA 서열을 분석하여 미생물의 종을 확정하였다. 상기 표 1에 기재된 10종의 미생물 중 병원성이 매우 강한 미생물과 플라스틱 분해 스펙트럼이 작은 미생물을 제외하고 28℃-2-1 미생물, 28℃-3-1 미생물 및 37℃-2-1 미생물을 최종 균주로 선별하였다. 하기 표 2에 선별된 3종의 균주에 대한 종명 및 선별된 3종의 균주와 유사한 16S rDNA 서열을 갖는 공지의 균주를 나타내었다.
미생물 구분 (배양 온도-No.) |
균주 종명 | 16S rDNA 기준 유사 공지 균주 |
28℃-2-1 | Klebsiella oxytoca | Klebsiella oxytoca strain ATCC 13182 |
28℃-3-1 | Escherichia fergusonii | Escherichia fergusonii strain ATCC 35469 |
37℃-2-1 | Bacillus toyonensis | Bacillus toyonensis strain BCT-7112 |
2. 선별된 미생물의 액체 배지 상에서의 플라스틱 분해 활성(액상 배지)
폐 플라스틱 재활용 공정 중 위에서 선별된 미생물 또는 선별된 미생물이 생산하는 효소로 일부 플라스틱을 분해하는 전처리 과정은 통상적으로 액상 조건에서 행해진다. 액상 배지를 이용하여 폐 플라스틱 재활용 공정 중의 전처리 과정과 유사한 조건에서 선별된 미생물의 플라스틱 분해 활성을 측정하였다. 구체적으로, 증류수 1000㎖에 KH2PO4 0.7g, K2HPO4 0.7g, MgSO4·H2O 0.7g, NH4NO3 1.0g, NaCl 0.005g, FeSO4·H2O 0.002g, ZnSO4·H2O 0.002g, 및 MnSO4·H2O 0.001g을 첨가하고 혼합한 후 멸균기로 40분 동안 멸균하여 탄소원이 없는 액상 기본 배지(Liquid carbon-free basal medium, LCFBM)을 제조하였다. 이후, 삼각 플라스크에 LCFBM 40㎖와 플라스틱 입자(PET, PVC, PS, PP, PE) 100㎎을 각각 넣고, 여기에 선별된 미생물 3종을 각각 108 CFU/㎖의 농도로 접종하고, 진탕 배양기를 이용하여 28℃에서 30일 동안 배양하였다. 또한, 삼각 플라스크에 LCFBM 및 플라스틱 입자만을 각각 넣고 진탕 배양기를 이용하여 28℃에서 30일 동안 배양한 후, 이를 대조군(Control)으로 사용하였다.
미생물 배양 후 15일 및 30일이 되는 날 배양액을 샘플링하고 플라스틱 입자의 중량 감소를 측정하였다. 하기 표 3은 액체 배지를 이용한 플라스틱 분해 실험에서, 미생물 배양 후 15일이 되었을 때의 플라스틱 입자 감소량을 나타낸 것이고, 하기 표 4는 액체 배지를 이용한 플라스틱 분해 실험에서, 미생물 배양 후 30일이 되었을 때의 플라스틱 입자 감소량을 나타낸 것이다. 하기 표 3에서 보이는 바와 같이 미생물 배양 후 15일이 되었을 때 선별된 균주 클레브시엘라 옥시토카(Klebsiella oxytoca)는 PET, PS 및 PP에 대해 분해 활성이 높았고, 선별된 균주 에스케리치아 페르구소니(Escherichia fergusonii)는 PET, PVC, PS, PP 및 PE 모두에 대해 분해 활성이 높았고, 선별된 균주 바실러스 토요넨시스(Bacillus toyonensis)는 PET, PVC, PS 및 PE에 대해 분해 활성이 높았다. 또한, 하기 표 4에서 보이는 바와 같이 미생물 배양 후 30일이 되었을 때 선별된 균주 클레브시엘라 옥시토카(Klebsiella oxytoca)는 PET, PVC 및 PP에 대해 상대적으로 분해 활성이 높았고, 선별된 균주 에스케리치아 페르구소니(Escherichia fergusonii)는 PET, PS 및 PP에 대해 상대적으로 분해 활성이 높았고, 선별된 균주 바실러스 토요넨시스(Bacillus toyonensis)는 PET, PVC, PS 및 PE에 대해 상대적으로 분해활성이 높았다.
접종 미생물 구분 | 플라스틱 입자 감소량(㎎) | ||||
PET | PVC | PS | PP | PE | |
Klebsiella oxytoca | 44.46 | 2.8 | 13.4 | 3.2 | 11.7 |
Escherichia fergusonii | 37.6 | 20 | 22.4 | 21.8 | 18.9 |
Bacillus toyonensis | 37.8 | 15.7 | 11.8 | 2.2 | 15.3 |
Control | 2.1 | 1.7 | 1.6 | 1.5 | 1.6 |
접종 미생물 구분 | 플라스틱 입자 감소량(㎎) | ||||
PET | PVC | PS | PP | PE | |
Klebsiella oxytoca | 59.1 | 23.8 | 13.8 | 27.3 | 17.7 |
Escherichia fergusonii | 52.1 | 20.4 | 32.3 | 29.8 | 20.3 |
Bacillus toyonensis | 54.9 | 22.2 | 33.2 | 5.8 | 25.7 |
Control | 2.2 | 1.8 | 1.8 | 1.6 | 1.7 |
* PET : Polyethylene terephthalate
* PVC : Polyvinyl chloride
* PS : Polystyrene
* PP : Polypropylene
* PE : Polyethylene
또한, 미생물 배양 후 15일이 되었을 때 샘플링한 배양액을 여과하고 여과액을 가스크로마토그래피로 분석하여 저분자 물질의 증가 여부를 확인하였다. 가스크로마토그래피 분석 결과 대부분의 배양액에서 저분자 물질의 함량이 크게 증가하였다. 도 11은 액체 배지를 이용한 PVC(Polyvinyl chloride) 분해 실험에서 배양 15일 후 대조군(Control)의 배양액을 가스크로마토그래피로 분석한 결과이다. 도 12는 액체 배지를 이용한 PVC(Polyvinyl chloride) 분해 실험에서 배양 15일 후 선별된 균주 에스케리치아 페르구소니(Escherichia fergusonii)의 배양액을 가스크로마토그래피로 분석한 결과이다. 도 11 및 도 12에서 보이는 바와 같이 에스케리치아 페르구소니(Escherichia fergusonii)의 배양액에서 체류 시간(retention time)이 짧은 저분자 물질의 피크 면적이 대조군(Control)의 배양액에 비해 크게 증가하였다.
3. 선별된 미생물의
균주명 부여
및 수탁
본 발명의 발명자들은 선별된 37℃-2-1 미생물에게 바실러스 토요넨시스(Bacillus toyonensis) reborn 이라는 균주명을 부여하였다. 또한, 본 발명의 발명자들은 바실러스 토요넨시스(Bacillus toyonensis) reborn을 2017년 1월 17일에 공인기탁기관인 국립농업과학원(주소 : 대한민국 전북 완주군 이서면 농생명로 166)에 특허기탁 하여 KACC 81043BP의 수탁번호를 부여받았다. 상기 미생물의 기탁은 특허 절차상의 미생물기탁의 국제적 승인에 관한 부다페스트조약(Budapest Treaty on the International Recognition of the Deposit of Microorganism for the Purposes of Patent Procedure)을 준수하여 이루어졌다.
이상에서와 같이 본 발명을 상기의 실시예를 통해 설명하였지만 본 발명이 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 본 발명에 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 모든 실시 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (7)
- 수탁번호 KACC 81043BP로 기탁된, 플라스틱 분해 활성을 갖는 바실러스 토요넨시스(Bacillus toyonensis) reborn 균주.
- 제1항에 있어서, 상기 플라스틱은 PET(Polyethylene terephthalate), PVC(Polyvinyl chloride), PS(Polystyrene), PP(Polypropylene) 또는 PE(Polyethylene)에서 선택되는 1종 이상인 것인, 바실러스 토요넨시스 reborn 균주.
- 수탁번호 KACC 81043BP로 기탁된, 플라스틱 분해 활성을 갖는 바실러스 토요넨시스 reborn 균주를 플라스틱 또는 플라스틱 함유 폐기물 과 배양하는 단계를 포함하는, 플라스틱 분해 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 플라스틱은 PET(Polyethylene terephthalate), PVC(Polyvinyl chloride), PS(Polystyrene), PP(Polypropylene) 또는 PE(Polyethylene)에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 플라스틱 분해 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 바실러스 토요넨시스 reborn 균주의 배양 온도는 25~40℃ 이고 배양 시간은 10~60일인 것을 특징으로 하는 플라스틱 분해 방법.
- 플라스틱 또는 플라스틱 함유 폐기물을 플라스틱 분해 활성을 갖는 효소와 반응시키는 단계를 포함하는 방법으로서,
상기 플라스틱 분해 활성을 갖는 효소는 수탁번호 KACC 81043BP로 기탁된 바실러스 토요넨시스 reborn 균주가 생산하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 분해 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 플라스틱은 PET(Polyethylene terephthalate), PVC(Polyvinyl chloride), PS(Polystyrene), PP(Polypropylene) 또는 PE(Polyethylene)에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 플라스틱 분해 방법.
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