초록:

폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)는 세계에서 가장 흔한 열가소성 수지 중 하나입니다. 이 물질의 축적은 환경과 인체 건강에 해로운 영향을 미칩니다. 현재 기계적 재활용이 환경 내 PET를 줄이는 가장 좋은 방법입니다. 그러나 이 과정은 상당한 에너지를 소모하고 온실가스를 배출하며, 재활용 횟수에도 한계가 있습니다. 이에 따라 보다 지속 가능하고 효율적인 PET 재활용 방법을 찾기 위해 생분해 기술이 연구되고 있습니다. 이러한 기술 중 하나인 효소 재활용은, 효과적인 결정질 PET 분해 효소가 개발되어야만 산업 규모로 실현될 수 있다. 본 프로젝트는 더 강력한 결정질 분해 활성과 관련된 특성, 즉 소수성, 선형 구조, 넓은 활성 부위 틈새, 그리고 향상된 열안정성을 나타내는 PET 가수분해효소를 설계하고 발현하는 것을 목표로 한다. 원하는 특성을 강화하기 위해 기존 하이드롤라제(PDB ID 7QJP)의 서열에 아미노산 잔기 돌연변이를 도입했다. 생성된 돌연변이체는 Google Colab에서 AlphaFold2(단백질 구조 예측을 위한 신경망)를 사용하여 모델링되었다. Schrödinger (Maestro)에서 단백질 구조 정렬, 단백질 준비, 도킹(PET 단편에 대한), 리간드 상호작용 다이어그램 등의 기능을 사용하여 변이체를 평가하였으며, 시스테인 돌연변이 기능을 통해 잠재적인 이황화 결합을 식별했습니다. 마지막으로 DeepSTABp(딥러닝 소프트웨어)를 사용하여 용융 온도를 예측했습니다. 그 결과, 원하는 특성을 지닌 유망한 변이체 80개가 선별되었습니다. 성능이 가장 우수한 돌연변이체에 대해 예비 형질전환(열충격) 및 발현 실험을 수행한 결과, 성공적으로 발현되어 이 돌연변이체가 유효한 효소임을 확인했습니다. 최적화된 유도 조건을 통해 이 돌연변이체(및 유사한 돌연변이체들)를 충분히 수확하여, 분해 효율을 확인하기 위한 ‘ 어세이 ’에 활용할 수 있을 것입니다. 이는 효소적 재활용의 대규모 구현을 가능하게 하여, PET 플라스틱을 재활용하는 보다 지속 가능한 방법을 제공할 잠재력을 가지고 있습니다.

발언자:

메나 보그스, NCSSM/노스캐롤라이나 주립대학교

메나 보그스는 노스캐롤라이나 주립대학교에 입학 예정인 신입생으로, 화학공학, 컴퓨터 과학 또는 생물정보학을 전공할 계획입니다. 그녀는 환경 보호에 깊은 열정을 가지고 있으며, 이러한 열정이 플라스틱 분해 효소에 대한 연구를 시작하게 된 계기가 되었습니다.