원문링크: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389421012036

연구 배경

폴리스티렌은 다양한 플라스틱 중에서 비교적 저렴하고, 좋은 기계적 특성으로 다섯 번째로 가장 많이 사용된다. 많은 산업 분야에서 폴리스티렌의 연간 생산량은 2천만 톤을 초과한다. 폴리스티렌은 긴 선형 알케인에 부착된 페닐기가 붙어있어 생분해되기 어렵다.

연구 성과

폴리스티렌을 분해하는 균을 얻기 위해 탄소원을 폴리스티렌만을 공급하여 살아남는 균을 고르는 과정을 3번 거쳤다. 그 이후 탄소원을 폴리스티렌만을 공급하여 실제로 자라는지 OD를 측정하였다. OD가 증가함을 확인하여, FT-IR, SEM, Contact angle, Weight loss, GC-MS 등의 추가적인 실험으로 폴리스티렌을 균이 생분해한다는 증거를 확인하였다. 생분해에 연관이 있을 거라 예상하는 4가지 효소에 대해 RT-qPCR을 진행하였고, 4가지 효소 중 하나인 AlKB를 Cloning하여 폴리스티렌에 반응시켜서 변화가 일어남을 확인하였다.

향후 계획

폴리스티렌을 분해하는 미생물을 발견하였지만, 미생물이 폴리스티렌을 분해하는 메커니즘은 아직 알 수 없기 때문에 밝히는 것이 중요하다. 그렇기 때문에, 현재 메커니즘을 밝혀낼 목적으로 게놈 시퀀싱 및 전사체 분석을 진행중이며, 이는 폴리스티렌 업사이클링 경로를 제공함으로써 새로운 합성 플라스틱을 분해하는 미생물을 생성하는데 사용될 수 있을 것으로 예상된다.

Abstract

Polystyrene (PS), a major plastic waste, is difficult to biodegrade due to its unique chemical structure that comprises phenyl moieties attached to long linear alkanes. In this study, we investigated the biodegradation of PS by mesophilic bacterial cultures obtained from various soils in common environments. Two new strains, Pseudomonas lini JNU01 and Acinetobacter johnsonii JNU01, were specifically enriched in non-carbonaceous nutrient medium, with PS as the only source of carbon. Their growth after culturing in basal media increased more than 3-fold in the presence of PS. Fourier transform infrared spectroscopy analysis, used to confirm the formation of hydroxyl groups and potentially additional chemical bond groups, showed an increase in the amount of oxidized PS samples. Moreover, field emission scanning electron microcopy analysis confirmed PS biodegradation by biofilms of the screened microbes. Water contact angle measurement additionally offered insights into the increased hydrophilic characteristics of PS films. Bioinformatics and transcriptional analysis of A. johnsonii JNU01 revealed alkane-1-monooxygenase (AlkB) to be involved in PS biodegradation, which was confirmed by the hydroxylation of PS using recombinant AlkB. These results provide significant insights into the discovery of novel functions of Pseudomonas sp. and Acinetobacter sp., as well as their potential as PS decomposers.