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미생물(Microorganism)은 단어의 의미에 포함되어 있듯이 매우 작은 생물을 의미합니다. 우리 눈에 보이지 않는 생물이고 크기로 분류된 생물군이기 때문에 동물, 식물처럼 명확하게 종이 나누어져 있지 않습니다. 따라서 각 생물학적 특징으로 구분된 원생생물, 진균, 세균, 고균과는 달리 작은 크기의 생물로서 다양한 분류에 포함됩니다.
콩으로 만든 콩이 된장이 될 때까지 발효시키는 효모와 2019년부터 전 세계를 괴롭히는 코로나19 바이러스 모두 미생물에 포함됩니다. 이렇게 미생물은 우리 근처에 있어요. 어떤 생물에게는 ‘내 안의 또 다른 나’라고 할 수 있을 정도의 수많은 미생물이 하나의 생태계를 형성하고 있다고 합니다.
오늘은 여러 곳에 존재하는 미생물 중 극한 환경에 적응하여 살아가는 미생물들에 대해 알아보겠습니다. 미생물을 미답지에서 발견하고 산업균주로 개발하는 치밀한 과정을 KIOST 도서 ‘작은 초능력자가 만드는 바이오수소: 심해 미생물 연구 이야기’와 함께 확인해 봅시다.
▲마포구청 중앙도서관에서 찾은 ‘초능력자가 만드는 바이오수소: 심해 미생물 연구이야기’와 목차책은 총 6개의 목차로 구성되어 있습니다. 미생물과 인류가 얼마나 밀접한지, 미생물은 더 어디까지 분포하고 있는지를 확인할 수 있습니다. 이를 바탕으로 어떤 가치 있는 연구를 진행하고 있는지도 살펴볼 수 있습니다.
미생물의 특징은?미생물은 온도, 산성, 염도, 압력 등의 요인을 견디며 주변 환경에 적응하며 살아갑니다. 온도나 산성도가 매우 높거나 낮은 환경처럼 일반적이지 않은 극한 환경 속에서도 미생물은 존재합니다. 각 환경에 적응하면서 사는 미생물은 다양한 방법으로 에너지를 얻고 살아갑니다.
에너지를 얻는 방법은 크게 광합성 생물, 화학합성 생물, 유기물 분해 생물의 세 가지로 나눌 수 있습니다. ‘광합성생물’은 태양으로부터 빛 에너지를 얻어 유기적인 생산물을 생산하고, ‘화학합성생물’은 무기화합물이 화학적 반응을 하면서 내는 에너지를 통해 화학합성을 하며 살아갑니다. ‘유기물 분해 생물’은 유기물을 분해하여 에너지를 얻습니다.
서로 다른 에너지 생산 활동으로 다양한 환경에서 적응하며 살아가는 미생물! 책의 첫머리에서는 미생물의 기본적인 특징을 알 수 있습니다. 이후에는 생물이 살기에 가장 극한 환경 중 하나인 ‘심해열수구’에서 미생물을 발견하고 연구한 이야기가 이어집니다. 자세한 내용을 살펴보겠습니다.
심해 열수구에서 발견한 미생물!
▲ 심해 열수구 심해저에 위치해 화학물질이 녹아 있는 고온의 물을 내뿜는 ‘심해 열수구’의 신비로운 모습은 1977년 우즈홀연구소의 유인탐사정으로 처음 발견되었습니다. 발견 당시에는 지각판이 퍼지는 과정에서 일어난 균열에서 뜨거운 물과 원소가 뿜어져 나오기 때문에 생명체가 살아갈 수 없는 열악한 환경이라고 판단했습니다. 그러나 연구를 통해 심해열수구 부근에 서식하는 무척추동물인 강벌레형 생명체를 발견하고 미생물의 화학합성을 통해 영양분을 공급받아 생명을 유지한다는 것을 알게 되었습니다.
심해 열수구가 존재하는 심해는 수심 1,000m 이상이고 온도는 섭씨 1~2도 정도로 야구 방망이가 한꺼번에 찌그러질 정도로 수압이 매우 높습니다. 또한 햇빛이 닿지 않아 광합성을 할 수 있는 1차 생산자가 할 수 없는 환경입니다. 해수면 부근에서 죽거나 분해된 유기물이 떨어져 공급되는 것이 전부이기 때문에 유광층 바다와 비교해 유기물 공급이 턱없이 부족한 곳입니다.
하지만 이런 극한 환경에서도 생명체가 존재할 수 있습니다. 바로 ‘화학합성생물’이 있기 때문입니다. 해저 화산 활동으로 공급되는 무기물을 이용하여 유기물을 합성하고 에너지 활동을 하는 생물이 있습니다. 이로 인해 먹이사슬을 형성하고 생태계가 형성될 수 있습니다.
▲항균NA1의 전자현미경 사진 KIOST는 2002년 해양탐사선 온누리호를 통해 독특한 특성을 가진 심해열수구 탐사를 시작했습니다. 탐사를 통해 생물 샘플을 확보한 후 분리 배양하여 새로운 고균 ‘서모코커스 온누리누스 NA1’을 발견했습니다. 태평양 파푸아뉴기니 인근 1,650m 심해 열수구에서 국내 최초로 분리 및 배양에 성공한 것입니다. 이를 바탕으로 ‘서모코커스 온누리누스 NA1’의 유전체, 단백질을 연구·분석하여 수소에너지 생산 연구에 새로운 지평을 열게 되었습니다. 한마디로 국내 심해 미생물학 분야에서 획기적인 성과를 거둔 것입니다.
17년도부터는 경동엔지니어링과 함께 ‘서모코커스 온누리누스 NA1’을 이용한 수소생산기술 상용화를 목표로 개발에 힘쓰고 있습니다. 수소생산 생물공정 데포플랜트 구축, 해양고세균을 이용한 바이오수소 등 유용물질 생산 실증 및 상업화 연구를 위해 상호 협력하며 나아가고 있습니다.
▲ 바이오수소 실증 플랜트 최대한 환경에서도 적응하고 살아가는 미생물을 통해 학문적으로 인간 이외의 생물을 보다 이해하고 다양한 연구로 발전시켜 공존할 수 있도록 개발해야 합니다. 자세한 내용은 ‘초능력자가 만드는 바이오수소: 심해 미생물 연구 이야기’에서 확인할 수 있습니다.
·참고자료 [지성사] 작은 초능력자가 만드는 바이오수소 심해 미생물 연구이야기 [미래를 꿈꾸는 해양문고 35], 강성균, 이현숙, 이정현 한국미생물학회, 미생물백과, 미생물(microorganism) www.h2news.kr/mobile/article.html?no=6175 [월간 수소경제] 심해 미생물로 수소생산하기 http://https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3570913&cid=58943&categoryId=58964
·사진출처사진1 · 2.본인촬영사진3~5.KIOST
