[시사매거진]미래창조과학부 기초연구사업(집단연구)의 지원을 받은 이성근 교수(충북대) 연구팀이 해양환경에 널리 분포하며 해양 질소 순환에 핵심적인 역할을 수행하는 고균이 활성산소에 매우 민감하게 반응한다는 사실을 발견했다고 한국연구재단이 밝혔다.

해양 고균은 실험실 환경에서는 활성을 나타내지 않고 배양이 되지 않아 해양 질산화의 핵심 미생물로 추정되고 있지만 생태계에서의 기능은 풀리지 않은 수수께끼로 과학자들의 관심을 받아 왔다.

본 연구결과는 국제적 권위의 학술지 미국국립과학원회보(PNAS) 6월 24일자 논문으로 게재됐다.

고균은 현 지구의 극한환경(고온/고염/산성)에서만 관찰되는 미생물 이었다. 하지만 최근 연구 결과에 의하면 해양 생태계 미생물 중 고균이 30% 가까이 번성하는 것으로 밝혀지고 있다.

해양 미생물은 각종 물질순환에 관여하며, 물질순환으로 인해 지구의 대기(온실)가스가 조성되고 있다. 따라서, 물질순환 관련 미생물의 활성변화는 기후변화와 밀접한 상관관계가 있으므로, 미래 기후변화 예측을 위해 해양고균의 특성을 이해하는 것이 필요하다.

이번 연구에서 고균의 성장에 유기물이 필요함에도 불구하고 유기물의 탄소가 세포내로 전혀 유입되지 않는 현상을 확인했다.

고균의 성장에 유기물 필요 이유가 탄소 에너지원으로 이용하기 때문이 아니라, 세포 외부에서 유기물이 비생물반응(abiotic reaction)을 통해 활성산소와 화학 반응해 활성산소를 제거하기 때문임을 밝혀냈다.

또한 고균이 순수배양 환경에서 성장하지 못하는 이유가 질산화 과정에서 활성산소 제어능력이 부족하기 때문이며, 이는 게놈분석 결과 활성산소 제거 유전자가 존재하지 않는 것으로도 증명했다.

고균이 질산화의 핵심 미생물인 동시에 식물처럼 이산화탄소를 유일한 탄소원으로 성장하는 것을 확인하게 돼, 해양 생태계의 질소순환과 탄소순환이 고균과 긴밀히 연결돼 있음을 알게 됐다.

이는 고균이 질산화 활성을 유지하기 위해 과산화수소 제거 능력을 가지고 있는 세균하고 공존하고 있기 때문인 것으로 밝혀졌다.

간단한 활성산소 제어 조건을 응용해 난제로 통하던 고균의 실험실 조건에서의 순수 배양이 가능해졌다. 이로 인해 지구 질소순환에 기여하는 고균 연구에 새로운 전기를 마련했다.

고균은 지구온난화를 유발하는 N2O(아산화질소) 가스를 생산하는 주요 미생물로 이에 대한 연구 토대를 마련한 것으로 평가된다.

활성산소로 인해 인체의 질병과 노화가 유발되는 것처럼 생태계에 번성하는 미생물도 활성산소에 민감해 생태계의 활성산소의 변화는 물질순환에 중대한 영향을 미칠 수 있음을 제시하고 있다.

이성근 교수는 “이 연구는 해양 생태계의 활성산소가 미생물에 의한 물질순환에 중요한 영향을 미치는 것을 발견해 미래의 해양 미생물과 물질순환의 상관관계 규명을 위한 토대를 마련한 것으로, 기후변화에 대처하기 위한 연구에 기여 할 것이다.”라고 연구의 의의를 설명했다.