미생물 : 단지 작은 생물이 아닌 미래의 환경을 책임질 생물
미생물 : 단지 작은 생물이 아닌 미래의 환경을 책임질 생물
대학생신재생에너지기자단 21기 길민석
미생물(microorganism)이란?
[자료 1. 미생물(microorganism)]
출처 : WORLDTODAY
미생물이란 사전적 의미로 육안으로 관찰이 어렵거나 불가한 미세한 생물을 말한다. 대부분 현미경으로 관찰되는 마이크로미터(1/1,000mm) 혹은 나노미터(1/1백만mm) 단위의 작은 생물이다. 이러한 미생물의 범주에는 일반적으로 진균(Fungi), 세균(Bacteria), 바이러스(Virus), 원생동물(Protozoa), 조류(Algae) 등을 포함한 20만 여종이 존재하는 것으로 알려져 있으며, 우리가 인지하지 못하는 약 1,000만 여종의 미생물이 존재하는 것으로 추정된다. 미생물은 역사적으로 인간에 유익한 영향과 해로운 영향을 동시에 주었으며, 미생물의 유익한 영향으로는 식품발효, 의약소재, 산업공정에 이용하고 있다.
그렇다면, 이 작디작은 미생물이 미래의 지구 환경을 어떻게 지키는지 몇 가지 사례를 통해 알아보자.
미생물로 CO2도 줄이고, 플라스틱도 만들고!
[자료 2. 포름산염 활용 미생물을 이용한 바이오 플라스틱 생산 과정]
출처 : 한겨레신문
국립생물자원관이 포름산염을 먹이로 삼아 고부가가치 바이오플라스틱 소재를 생산하는 미생물 2종을 최근 분리 배양하는 데 성공했다. 개미산이라고 불리는 포름산염(폼산염)은 수소, 탄소, 산소로 이뤄진 산성 액체(카복실산, CH2O2)다. 최근 이산화탄소와 수소 기체를 합성해 포름산염으로 전환하는 온실가스 저감 기술이 주목받고 있다. 국립생물자원관은 일부 미생물이 '탄소 포집 및 활용·저장 기술(CCUS)'로 발생한 포름산염을 섭취해 바이오플라스틱을 생산할 수 있다는 점에 착안해 올해 초부터 고려대학교 및 원광대학교 연구진과 연구를 추진했다.
연구진은 이들 2종의 미생물을 국내 하천 및 저수지 등에서 찾아냈으며, 기존에 알려진 메탄올자화균 메틸로러브럼(Methylorubrum)보다 5배 이상의 포름산염을 섭취해 바이오플라스틱을 생산하는 것을 확인했다. 이들 균이 생산하는 바이오플라스틱 소재는 폴리하이드록시부티레이트(PHB)로 석유로 만든 일반 플라스틱과 성질이 비슷하지만 자연 상태에서 쉽게 분해되는 장점을 갖추고 있으며 화장품 용기나 재활용 플라스틱, 수술용 봉합사 등의 제작에 쓰이고 있다.
소 반추위에 서식하는 미생물이 PET 분해를?
오스트리아 산업 생명공학 센터(ACIB) 연구진은 “소 반추위에 서식하는 미생물이 페트병과 섬유에 쓰이는 합성 폴리에스터 성분인 폴리에틸렌 테레프타레이트(PET)를 분해하는 것을 발견했다”고 과학저널 ‘생명공학 및 생명공학기술 프런티어스(Frontiers in Bioengineering and Biotechnology)’에 발표했다.
[자료 3. 반추위의 미생물이 플라스틱 종류인 PET, PBAT, PEF를 가수분해하는 모식도]
출처 : The Science Times
이전 연구에서는 사과나 토마토 껍질 조직내 함유된 각질 성분인 큐틴(cutin)이라는 물질이 PET 재질의 화학적 구조와 유사하여 자연계 폴리에스테르(polyester)라고 불리고, 이들 미생물이 껍질을 통과할 때 큐티나제(cutinases)라는 효소제를 생성하여 큐틴 성분의 화학적인 결합을 쪼개어 가수분해한다는 것으로 알려져 있다. 이 같은 연구를 바탕으로 연구팀은 다양한 식물성 성분을 섭취하여 분해시키는 소의 제1위내에 미생물을 집중 탐색하여 특정 미생물들이 PET 플라스틱은 물론 퇴비화가 가능한 포장재로 주로 쓰이는 PBAT (polybutylene adipate terephthalate), 재생 가능한 PEF(polyethylene furanoate) 플라스틱 재질 모두를 분해하는 것을 발견하였다.
미생물로 수질개선 및 정화
환경부 산하 국립낙동강생물자원관은 ‘난분해성 유기탄소’를 분해하는 담수 미생물 5종 혼합제제를 최근 개발했다고 5일 밝혔다. 난분해성 유기탄소란 페놀, 톨루엔 등 화학구조상 탄소원자 화합물을 기본골격으로 갖는 화합물 통칭이다. 자연적인 상태에서 분해되기 어려워 폐수 정화 시 비용이 많이 든다.
[자료 4. 난분해성 오염물질 저감 우수 담수 미생물 5종]
출처 : 뉴스펭귄
그중 로도코커스 조스티 CP3-1(톨루엔 분해능) , 보스핑고비움 플루비 HK2(프탈레이트 분해능), 스핑고비움 야노이구애 A3(비스페놀 분해능), 데보시아 인슐레 N2-112(파라벤 분해능), 마이콜리시박테리움 프리데리스버젠스 N2-52(나프탈렌 분해능) 등 분해 능력이 뛰어난 담수 미생물 5종을 선별해 미생물 혼합제제를 개발했다.
[자료 5. 미생물 혼합제제 처리 전·후 폐수 성분 및 미생물 다양성 변화]
출처 : 뉴스펭귄
연구진은 미생물 5종 혼합제제 4.8㎏을 하루 평균 산업폐수 40t를 정화하는 수질오염방지시설에 투입했다. 14일 이후 총유기탄소량(TOC, Total Organic Carbon) 저감 효과를 확인한 결과, 최고 80mg/L였던 총유기탄소량은 10일간 평균 20mg/L 이하로 낮아졌다.
이제는 공기로 단백질을 만드는 시대
최근 미생물을 이용해 공기에서 단백질을 만들어내는 이른바 제3의 대체육 제조 기술이 고개를 내밀고 있다.
[자료 6. 이산화탄소를 동물사료용 단백질로 만드는 과정]
출처 : 한겨레신문
2017년 11월에 설립된 핀란드의 솔라푸드도 공기에서 단백질을 만드는 방법을 개발했다. 수소와 이산화탄소를 미생물에 주면 미생물이 이를 먹이로 삼아 단백질과 탄수화물, 지방을 토해낸다. 수소는 물을 전기분해 하는 방식으로 공급하고, 탄소는 공기 중에서 채취한다. ‘솔레인’이라는 이름의 이 단백질의 주된 용도는 빵이나 파스타, 요구르트를 포함해 기존 식품의 단백질 함량을 높이는 것이다.
솔라푸드에 따르면 솔레인 단백질은 가장 큰 장점은 친환경성이다. 1㎏의 소고기를 생산하는 데는 1만5천리터의 물이, 1㎏의 대두를 생산하는 데는 2,500리터의 물이 필요하지만, 솔레인 1㎏을 생산하는 데는 10리터의 물만 있으면 된다는 것이다.
이에 더하여, 美 캘리포니아의 생명공학기업 컬리스타는 공기 대신 천연가스에서 추출한 메탄을 이용해서도 단백질을 생산하였다. 흙 속에 풍부한 메탄영양박테리아를 발효기에 넣고 여기에 천연가스 주성분인 메탄을 공급해주면 단세포 단백질이 만들어진다.
미생물 : 단지 작은 생물이 아닌 미래의 환경을 책임질 생물
이제까지 미생물과 그들이 인류 및 환경에 주는 영향을 살펴보았다. 작디작은, 눈에 보이지도 않는 이 미생물이 우리가 사는 환경, 나아가 지구까지 구할 수 있다는 사실을 보면 새삼 놀랍지 않은가? 지금 이 기사를 읽고 있는 당신이 미생물에 대해 떠올릴 때 단지 작은 생물에서 나아가 우리가 살아갈 미래 지구의 환경을 책임질 아주 중요한 존재라는 생각이 들었다면, 당신도 이미 화이트 바이오(White Bio)의 세계로 한 발짝 더 나아간 것이다.
미생물에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기
1. "미생물로 농약을 만든다고?", 19기 김다빈, https://renewableenergyfollowers.org/3320
2. "환경을 위하여, 느리지만 거대한 꿈틀; 갈색 거저리", 13기 문한태, https://renewableenergyfollowers.org/2438
참고문헌
[미생물이란?]
1) 권성준, WORLDTODAY, "미생물, 탄소를 연료로 바꾸고 플라스틱을 분해하는 미래 산업이 되다?", 2022.03.02, https://www.iworldtoday.com/news/articleView.html?idxno=407752
2) 농사로, "미생물자원의 개발 현황과 전망", http://www.nongsaro.go.kr/portal/ps/psv/psvr/psvre/curationDtl.ps?menuId=PS03352&srchCurationNo=1003&pageUnit=10&pageIndex=1&sKidofcomdtySeCode=CS05CS5J&srchStr=
[미생물로 CO2도 줄이고, 플라스틱도 만들고!]
1) 김윤주, 한겨레신문, "미생물이 플라스틱을 만든다? 심지어 CO2도 소비해준다!", 2022.07.19, https://www.hani.co.kr/arti/society/environment/1051586.html
2) 이영성, 토목신문, "바이오플라스틱 소재 만드는 '미생물 분리' 성공", 2022.07.19, http://www.cenews.co.kr/news/articleView.html?idxno=12455
[소 반추위에 서식하는 미생물이 PET 분해를?]
1) 정승환, The Science Times, "소, 반추위 미생물이 플라스틱 분해한다", 2021.07.14, https://www.sciencetimes.co.kr/news/%EC%86%8C-%EB%B0%98%EC%B6%94%EC%9C%84-%EB%AF%B8%EC%83%9D%EB%AC%BC%EC%9D%B4-%ED%94%8C%EB%9D%BC%EC%8A%A4%ED%8B%B1-%EB%B6%84%ED%95%B4%ED%95%9C%EB%8B%A4/
2) 남인식, Farminsight, "소 1위 내에서 플라스틱 분해 미생물을 찾아냈다", 2021.07.05, http://www.farminsight.net/news/articleView.html?idxno=7783
[미생물로 수질개선 및 정화]
1) 남주원, 뉴스펭귄, "수질 오염물질 분해하는 미생물 혼합제제 5종 개발", 2022.01.05, https://www.newspenguin.com/news/articleView.html?idxno=10377
[이제는 공기로 단백질을 만드는 시대]
1) 곽노필, 한겨레신문, "공기로 만드는 단백질...제3의 대체육이 온다", 2022.11.09, https://www.hani.co.kr/arti/science/technology/930605.html
