<h1>1. 서 론</h1><p>플라스틱은 밀도가 낮아 가공성이 좋고 대량생산이 가능하기 때문에 산업과 일상 속에서 다방면으로 이용되면서 세계 플라스틱 생산량이 급속도로 증가해 왔다. 연간 생산되는 플라스틱은 \(3\)억 \(5,000\)만에서 \(4\)억 톤이며, 재활용 되지 못한 폐플라스틱은 대부분 매립되거나 방치되고 있다. 심지어 매년 바다로 유입되는 플라스틱만으로도 \(500\) 만에서 \(1,300\)만톤에 달하고 있다. 이는 자연 생태계 뿐 아니라 인간에게도 부정적인 영향을 초래하는 것으로 잘 알려져 있기 때문에 폐플라스틱 처리를 두고 전세계가 대책 마련을 위한 노력을 기울이고 있다.</p><p>한편, 전체 플라스틱 중 생산량 \(1\)위를 차지하는 폴리에틸렌 (PE, polyethylene)은 전세계적으로 매해 \(1\)억 톤 이상 생산된다. PE는 에틸렌 \( \left(\mathrm{C}_{2} \mathrm{H}_{4}\right) \)이 반복적으로 결합된 중합체로 기다란 탄화수소사슬을 이루고 있다. PE는 밀도에 따라서 저밀도 폴리에틸렌(LDPE, Low Density Polyethylene)과 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE, High Density Polyethylene)으로 분류된다. LDPE는 결정화 온도가 낮고 유연성이 우수하여 식품 저장 용도 이외에도 각종 비닐, 코팅제, 농업용필름의 제조에 사용되며, HDPE는 결정화 온도가 높고 단단하여 각종 파이프나 샴푸, 비누, 세제 보관용 용기 제조에 사용된다. PE의 큰 특징 중 하나는 뛰어난 내화학성인데 이는 PE가 탄소와 수소로만 이루어진 탄화 수소 사슬의 구조를 가지고 있어 반응성이 매우 작기 때문이다. 이와 같은 구조적 특징으로 인해 PE는 강한 소수성을 띄고 있을 뿐만 아니라 분자량이 크기 때문에 일반적으로 생명체가 가진 효소의 접근이 매우 어려운 것으로 알려져 있다. 이로 인하여 PE의 생분해가 비교적 어려운 것으로 알려져 있으며, 분해되는 데 걸리는 시간은 HDPE의 경우 약 \(100\)년, LDPE의 경우 최소 500년 이상으로 알려져 있다. 이는 다른 환경 위해요인들과 더불어 토양에 오랫동안 잔류가 가능함을 나타낸다.</p><p>최근, PE 분해에 대한 관심이 높아지면서 이들을 분해하는 미생물이 자연계에 존재한다는 보고들이 증가하고 있다. 하지만, 아직까지 PE분해에 직접적으로 관여하는 효소들이 무엇인지는 정확히 밝혀져 있지는 않다. 다만, PE의 구조 및 자연으로부터 분리한 미생물들의 특징을 기반으로 PE 분해 예상 경로가 몇 가지 제안되어 있다. 대표적인 예상 경로 중 하나는 \(n\)-alkane의 분해에서 아이디어를 얻은 것으로써, 비교적 긴 사슬의 alkane이 Penicillium, Bacillus, Pseudomonas, Rhodococcus속의 미생물이 가진 효소 작용에 의해 분해되는 것으로 추정하고 있다. 이와 같은 긴 사슬 alkane 분해 미생물들은 PE 분해와 관련이 있다고 보고된 미생물과 일치하는 경우가 많기 때문에 이 가설은 상당히 높은 신뢰를 얻고 있다. 이와 같은 PE의 생물학적 분해 경로에서는 PE의 subterminal oxidation 과정부터 시작할 것으로 예측하고 있다(Fig. \(1\)). Alkane의 subterminal oxidation 반응은 alkane monooxygenase에 의해 매개되며, 이 반응으로 부터 \(2\)차 알코올이 생성된다 (Fig. 1). 다음 반응 단계에서 2차 알코올은 alcohol dehydrogenase에 의해 케톤으로 산화된다(Fig. \(1\)). 이후 케톤은 Baeyer-Villiger monooxygenase (BVMO)에 의해 에스터로 전환되고, 이 에스터 결합은 최종 단계에서 lipase 및 esterase에 의해 분해된다(Fig. 1). 이렇게 생성된 지방산은 \( \beta \)-oxidation cycle로 들어가서 대사 될 것으로 예측되고 있다. 따라서, 본 고에서는 PE분해 예상 경로에서 중요 역할을 할 것으로 예상되는 BVMO를 소개하고, 이 효소의 반응메커니즘, 분류, 효소 공학을 통한 개량과 관련된 최신 연구들을 리뷰하고자 한다. 이와 더불어 PE 분해 공정 개발에 있어서 BVMO의 이용 가능성을 간략히 전망하였다.</p>
연간 생산되는 플라스틱은 얼마나 되는가?
\(3\)억 \(5,000\)만에서 \(4\)억 톤