메탄·에탄·프로판 동시분해하는 미생물 찾았다

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메탄·에탄·프로판 동시분해하는 미생물 찾았다

정용진
등록 2021.07.15
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[지데일리] 국내 연구진이 이탈리아 유황온천에서 확보한 극한 미생물을 이용해 메탄(온실가스), 에탄, 프로판을 동시에 분해하는 원리를 최근 규명했다.

메탄, 에탄, 프로판 가스의 환경 영향. 메탄은 대표적인 온실가스로 알려져 있으며, 대기로 방출되는 에탄과 프로판가스는 광화학적 반응을 거쳐 대기 오염을 유발하거나 오존의 생성에 관여한다.

환경부 소속 국립생물자원관은 올해 충북대학교 이성근 교수, 캘거리 대학의 피터 던필드(Peter Dunfield) 교수 등 국내외 공동 연구진과 함께 미생물자원을 이용한 물질순환 기전 및 적용 연구 사업을 수행했다.

연구 결과 극한 미생물이자 메탄산화균인 메틸아시디필룸(Methylacidiphilum IT6)이 메탄, 에탄, 프로판을 동시에 분해하는 것을 확인했다. 메탄산화균은 메탄가스를 유일한 에너지원으로 이용하는 모든 미생물을 말한다.

현재까지 극한환경의 메탄산화균이 메탄 외의 다른 천연가스 성분을 분해한다는 보고는 알려지지 않았으나 이번 연구 결과 메탄산화균이 입자상 메탄산화효소(particulate methane monooxygenase)와 이와 유사한 동종효소들을 가지고 있으며, 이를 이용하여 메탄, 에탄, 프로판을 완전히 분해하는 것이 검증됐다.

연구진은 자연계에 존재하는 메탄산화효소와 유사한 동종효소들의 새로운 기질 특이성을 과학적으로 검증함으로써 산업적으로 활용 가능한 새로운 생물학적 촉매 자원에 대한 단서를 찾아냈다.

특히 이번 연구를 통해 온실가스 저감뿐만 아니라 주요 천연가스 성분들을 유용자원으로 전환할 수 있는 기술의 토대가 되는 정보를 확보함으로써 환경보전과 자원 활용에 기여할 수 있을 것으로 기대했다.

국립생물자원관은 앞으로도 전 세계 기후변화 대응과 탄소중립 정책지원을 위해 우수 생물자원의 발굴과 활용 가치 탐색을 확대할 계획이다. 다음은 연구진과 일문 일답.

- 극한 미생물(Extremophile) 연구의 중요성은?

▲극지, 해저열수구, 지열온천, 염전 등 지구상의 다양한 극한환경에는 특이한 생리생화학적 특성을 가진 극한 미생물들이 서식하고 있다. 극한 미생물들은 오랜기간 극한환경에 적응하기 위해 일반 생물들이 가지고 있지 않은 독특한 효소를 가질 수 있도록 진화해왔다.

최근 온실가스 제거 관련 미생물 연구를 통하여 기후변화에 대응하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 새로운 특성을 가진 효소 정보를 확보하기 위해 극한 미생물 연구가 매우 중요하다고 할 수 있다.

- 연구결과는 어떻게 활용될 수 있는지?

▲화석연료 채굴과정 혹은 지질학적으로 발생하는 천연가스는 온난화 및 오존발생을 일으키는 대표적인 대기오염물질이다. 극한 미생물의 효소를 이용해 주요 천연가스 성분들을 유용자원으로 전환할 수 있는 기술을 확보할 수 있다면 지구환경보전 뿐만 아니라 자원활용에 기여할 수 있다.

최근 환경 메타지놈 연구를 통해 유사 메탄-일산화효소를 가진 미생물들이 자연계에 많이 존재한다는 것이 알려지고 있다. 메탄산화효소는 산업적으로 우수한 생물학적 촉매자원이기 때문에 이번 연구결과를 통해 새로운 효소자원을 발굴할 수 있는 전기를 마련했다.

구체적으로 천연가스 성분을 알콜로 전환시켜 화학원료, 연료, 제약, 반도체, 화학공정 산업에 이용할 수 있다. 특히 발견된 유사 입자상 메탄산화효소를 활용하면 케톤을 다이올로 전환시킬 수 있어 생물화학 공정에 널리 응용할 수 있다.

- 앞으로의 계획은?

▲이번 연구에서 활용한 극한 미생물이 온실가스인 아산화질소(N2O)를 제거하는 특별한 능력도 가지고 있어 이에 대한 메커니즘을 규명하고자 하고 있다. 메탄과 아산화질소를 동시에 제거할 수 있는 새로운 메커니즘 연구의 시작점이 될 것으로 기대한다.

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