심해 미생물의 생체에너지 생성 新기작이 세계 최초로 국내 연구진에 의해 규명됐다.
23일 한국해양과학기술원(KIOST, 이하 해양과기원)은 강성균‧임재규 박사와 독일 프랑크푸르트대학 뮐러(Volker Müller) 교수 공동 연구팀이 심해열수구의 고온에서 서식하는 고세균 ‘써모코커스 온누리누스 NA1(이하 NA1: 63-90℃의 고온에서 서식하는 고세균의 일종)'이 수소를 생산하는 과정에서 나타내는 특이한 생체에너지 생성 기작을 세계 최초로 규명했다고 밝혔다.
해양과기원이 지난 2002년 남태평양 심해열수구에서 채취한 'NA1'은 차세대 청정에너지로 부각돼 온 바이오수소를 생산할 수 있는 원천생물자원이다.
해양과기원은 'NA1'이 개미산((fromate): 가장 단순한 카복실산으로, 미생물 탄수화물대사의 최종 산물 중 하나. 개미(formica)로부터 최초 증류하여 얻어 그 이름이 유래)을 이용, 바이오수소를 생성하는 메커니즘을 지난 2010년 세계 최초로 밝혀내 ’개미산 이용 미생물 성장과 수소생산의 커플링(Formate-driven growth coupled with H2 production)'이라는 제목으로 네이처지에 발표한 바 있다.
이번 연구 성과는 2010년 발표된 논문의 후속 연구로, 연구팀은 생화학 및 분자생물학적 실험 기법을 활용, 개미산을 이용한 고세균 NA1의 수소생산 과정에서 생성된 나트륨이온 농도차이가 생체에너지(ATP)로 전환되는 것을 증명했다.
해양과기원 강성균 박사는 “일반적으로 생명체는 세포막을 경계로 한 내‧외부의 수소이온 농도차이가 생성하는 수소이온구동력을 이용, 생체에너지를 만들게 되는데, 일부 미생물 및 고세균에서는 수소이온구동력 대신 나트륨이온 농도차이가 생체에너지 생성에 중요한 역할을 한다”고 밝혔다.
“이번 연구성과는 NA1의 수소생산 시, 나트륨이온 농도차이의 발생과 생체에너지 생성으로 이어지는 일련의 과정을 세계 최초로 증명함으로써, 수소이온 및 나트륨이온 농도차이를 활용한 새로운 생체에너지 생성 패러다임을 규명한 것”이라는 설명이다.
한편 이번 연구 성과는 고세균의 바이오수소생산 및 에너지생성 기작과 관련한 전 과정을 국내연구진이 주도, 과학적으로 규명했다는 데 의의가 있다.
더불어 극한환경에서 서식하는 생명체의 생명현상을 보다 폭넓게 이해할 수 있는 기틀을 마련했으며, 본 생명현상 발견을 통해 고온에서 서식하는 심해미생물이 열수분출구의 극한 환경에 적응해 온 독특한 에너지생성 기작에 대한 이해에도 크게 기여할 것으로 평가된다.
연구팀은 이번 연구 성과를 심해미생물을 이용한 바이오수소 생산 연구에 적용함으로써 수소의 생산성 향상과 우수균주개발 등에 활용할 계획이라고 밝혔다.
한편 동 연구는 해양과기원이 해양수산부의 지원을 받아 수행 중인 ‘초고온성 고세균 바이오수소생산기술개발사업의 일환이며, 연구 결과는 세계적 권위의 종합과학학술지인 미국 국립과학원회보(PNAS: 미국 국립과학원(NAS)이 매주 발행하는 회보. 1914년 창간되었으며 생물과학, 물리과학, 사회과학 등의 분야에서 세계적 권위를 지닌 학술지.) 온라인판 7월 22일자(한국시각)에 게재됐다.
