[해외 DS] AI, 플라스틱을 분해하는 효소 생성하여 환경 보호에 이바지한다

인공지능 모델 ‘FAST-PETase’, 플라스틱 분해 단 몇 시간 만에 가능한 것으로 알려져 합성 생물학, 화학 공학, 인공지능 분야 등 간 학문적 연구를 통해 환경 문제 돌파구 찾았다 환경 전문가들, “산업 전반에 걸쳐 대규모로 활용될 것”으로 예측

pabii research

[해외DS]는 해외 유수의 데이터 사이언스 전문지들에서 전하는 업계 전문가들의 의견을 담았습니다. 저희 데이터 사이언스 경영 연구소 (MDSA R&D)에서 영어 원문 공개 조건으로 콘텐츠 제휴가 진행 중입니다.

사진=AI 비즈니스

FAST-PETase는 환경 문제의 게임 체인저가 될 것으로 보입니다.

최근 획기적인 속도로 플라스틱을 분해할 수 있는 새로운 효소를 만들기 위한 기계학습 모델 FAST-PETase가 개발된 것으로 알려졌습니다.

FAST-PETase(functional, active, stable, and tolerant PETase)는 매립지에서 일반적으로 발견되는 유해한 플라스틱을 분해할 수 있는 활성 PET 가수분해 효소를 의미합니다.

폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)는 전 세계 고형 폐기물의 12%를 차지하는 것으로 알려졌으며, 탄산음료 병, 샐러드 및 과일 포장과 같은 대부분의 상품 포장에서 발견됩니다.

이 효소는 플라스틱을 분해한 뒤 재사용이 가능합니다. 이에 대해 환경 운동가 A씨는 “이  발견은 산업 차원에서 대규모 재활용을 가능하게 하여 분자 수준에서 플라스틱을 재활용하는데 크게 기여할 것으로 기대한다”고 말했습니다.

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또한 이 효소는 저렴하고 휴대가 가능하여 산업 부문을 가리지 않고 광범위하게 적용이 가능합니다. FAST-PETase는 섭씨 50도 이하의 온도에서도 작동하는 것으로 알려졌습니다.

기존에 효과적인 효소를 개발하려는 시도가 없었던 것은 아닙니다. 그러나, 이는 느린 반응 속도와 특정 범위의 특정 pH 수준에서만 작동하는 등 제한적인 성능을 보여 개발에 어려움을 겪은 바 있습니다.

텍사스 대학의 화학공학과 교수 Hal Alper는 “이 첨단 재활용 효소를 활용할 수 있는 가능성은 산업 전반에 걸쳐 무한하다”며, “이러한 지속 가능한 효소를 통해 진정한 순환 플라스틱 경제를 구상할 수 있을 것”이라고 전했습니다.

매립지 정화

최근 연구에서 과학자들은 기계 학습 모델을 사용해 저온에서 PET를 분해할 수 있는 박테리아를 찾고자 했으며, 연구 결과 FAST-PETase는 일주일 만에 51개의 열성형 제품을 분해하는데 매우 효과적인 것으로 나타났습니다.

또한 과학자들은 새로운 효소와 회수된 단량체로 PET를 재합성하여 물질의 반복적인 사용과 그에 따른 지속적인 자원과 에너지 사용을 가능케 하는 이른 바 “폐쇄 루프 PET 시스템”을 구축했습니다.

UT Austin 팀을 이끌어 ML모델을 개발한 Andrew Ellington은 “위 연구는 합성 생물학, 화학 공학, 인공 지능에 이르기까지 다양한 분야를 하나로 모은 결과를 보여준다”며, 연구 성과에 대한 큰 기대감을 내비쳤습니다.

해당 연구는 Nature에 발표되었으며, 연구원들은 효소의 실제 적용을 담은 특허를 신청한 바 있습니다.

연구 관계자 B씨는 “FAST-PETase의 제조 규모를 확대하여 환경 및 산업 부문에서 널리 사용할 수 있기를 기대한다”며, “매립지 활용이 첫 번째 우선순위가 될 것이며, 나아가 환경 개선 및 과도한 폐기물을 생산하는 업계에도 적극 활용 될 것”이라고 전했습니다.


FAST-PETase could be a game-changer for the environment.

Researchers have developed a machine learning model to create a new variant of an enzyme that can degrade plastics in hours or days when it typically takes centuries.

The novel enzyme FAST-PETase (functional, active, stable, and tolerant PETase) is an active PET hydrolase that can deteriorate harmful plastics typically found in landfills. 

Polyethylene terephthalate (PET) contributes to 12% of the world’s solid waste. The polymer is found in most consumer packaging, such as soda bottles, salad and fruit packaging.

The enzyme breaks down plastics into smaller parts, which can then be reused. The discovery will allow for large-scale recycling for the industrial sector, which can contribute to the recovery and reuse of plastics on a molecular level.

The enzyme is affordable, portable, and efficient enough to be applied extensively. FAST-PETase also works at temperatures below 50 degrees Celsius.   

Previous attempts at developing effective enzymes were challenged by slow reaction rates. The enzymes would also only work in specific temperature ranges and certain pH levels.

“The possibilities are endless across industries to leverage this leading-edge recycling process,” said Hal Alper, professor of chemical engineering at the University of Texas, Austin. “Through these more sustainable enzyme approaches, we can begin to envision a true circular plastics economy.”

Landfill clean-up

Scientists used the ML model to search for bacteria that can break down PET at low temperatures. The FAST-PETase was also found to be very effective in degrading 51 different thermoformed products in a week.

Researchers were also able to prove how a “closed-loop PET recycling process” could be achieved with the new enzyme and resynthesizing PET with recovered monomers.

“This work really demonstrates the power of bringing together different disciplines, from synthetic biology to chemical engineering to artificial intelligence,” said Andrew Ellington, who led the team at UT Austin that developed the ML model.

The findings were published in Nature. The scientists have filed a patent as they explore the enzyme’s practical applications.

Researchers want to scale up the manufacturing of FAST-PETase so it can be used widely in the environmental and industrial sector. Landfill cleanups will be one of the first priorities. Environmental remediation and high-waste producing businesses are other key applications. 

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