“지구미생물은 전지구적 원소순환에 매우 중요”

중요 자원으로 각광받는 지구미생물의 종류와 역할 연구

2014-02-10 송재호 이사

전남대학교 자연과학대학 지구환경과학부 토양/지구미생물 실험실 노 열 교수 연구팀(이하 연구팀)은 토양의 광물학적 특성과 지구의 다양한 환경에서 서식하는 지구미생물의 농화배양 및 분리와 응용에 대해 연구한다. 이를 통해 산업적 이용이 가능한 생물학적 나노물질 합성, 유용광물 회수, 중금속 및 방사능 오염물질의 고정화와 이산화탄소 고정 및 저장 기술 개발 연구에 앞장서고 있다.

연구팀은 주로 석면함유 토양과 암석의 광물학적 및 지질학적 조사를 통해 석면의 광물학적 특성과 산출양상을 연구하며, 다양한 환경에 서식하는 지구미생물의 종류와 지화학적 역할을 밝힌다. 또 산업적으로 유용한 기능성 나노광물합성 또는 이산화탄소의 고정에 응용하는 분야, 미생물과 생나노광물을 이용한 친환경적이며 경제적인 토양지하수 정화 및 복원기술 분야를 연구한다.

석면의 산출과 광물학적 특성 및 무해화 연구
연구팀을 이끌고 있는 노 열 교수는 “석면은 세계보건기구 산하 국제암연구소에서 지정한 1급 발암물질”이라고 말한다. 이어 “내열성, 인장성이 뛰어나 건축재, 방열재, 내화재 등으로 널리 사용됐으나 석면과 특정 폐질환과의 연관성이 입증되면서 우리나라에서는 2009년부터 석면함유제품의 제조·수입·사용 등이 전면 금지됐다”는 그는 “‘석면관리종합대책’이 수립돼 석면광산과 자연발생석면에 대한 관리도 강화됐다”고 설명한다.
연구팀은 암석의 풍화작용이나 인간의 활동으로 발생할 수 있는 자연발생석면에 대해 전국의 산출 가능 암석 및 토양 내 자연발생석면의 산출양상과 광물학적 특성을 연구한다. 특히 변성퇴적암을 모암으로 하는 자연발생석면은 암석 내에서 비석면형 광물로 존재하다가 풍화가 진행될수록 점차 섬유상으로 변하는 경로 등을 조사해 이후 대책과 예방을 위한 기초 자료를 마련하고 있다. 이밖에도 자연발생석면의 광역지질도 및 정밀지질도 작성을 위한 연구조사, 석면 오염토양과 지붕슬레이트 등 석면함유 산업폐기물의 물리·화학적 처리를 통한 석면의 무해화 연구가 진행 중이다.

지구미생물 농화배양 및 분리, 응용 가능성 확대

연구팀이 매진하고 있는 또 하나의 연구과제는 ‘지구미생물’이다. 지구미생물은 지구상 최초의 생명체이자 지구 전체 생체량의 60%를 차지하며 다양한 환경에서 생존한다. 광물의 풍화, 변형, 합성 등의 지화학적 작용으로 전지구적 원소순환에 매우 중요한 역할을 담당하는 지구미생물은 의료, 제약, 첨단소재, 자원, 에너지, 환경, 식품 등 거의 모든 산업에 영향을 주며 최근 중요한 자연자원으로 각광받고 있다. 이에 연구팀은 지구미생물의 지화학적 역할과 농화배양, 지구미생물에 의한 생광물화작용 등에 주목하고 있다.
“우리는 다양한 환경에 서식하는 지구미생물의 특성과 역할을 이해하기 위한 지구미생물의 농화배양 및 분리, 응용 가능성을 확대하고 있다”는 노 교수는 “저온에서도 유기물-미생물-금속이온과의 상호작용이 활발한 극지 해양퇴적물 내 서식하는 극지미생물, 핵방사성 물질에 내성을 지닌 미생물, 산성 환경에서 다양한 중금속을 침출시키고 다양한 나노광물의 상변형·상전이·광물화에 기여하는 산성광산배수 미생물, 유기물 분해와 중금속 고정화에 기여하며 특히 혐기환경에서 중금속 오염원의 환원 및 고정화에 응용되는 갯벌미생물, 칼슘과 마그네슘이 풍부한 곳에서 탄산염광물화를 촉진시켜 이산화탄소의 고정화에 응용되는 홍조단괴미생물 등이 농화 배양돼 연구에 응용되고 있다”고 강조한다.
지구미생물의 생광물화작용도 연구실이 흥미를 갖고 연구 중인 분야다. 노 교수는 “지구미생물은 다양한 나노크기 광물합성이 이뤄지는데 금속환원미생물은 혐기환경에서 철을 포함한 다양한 중금속을 호흡과 대사활동에 최종전자수용체로 또는 전자전달매개체로 이용한다”면서 “따라서 철환원미생물을 배양, 미생물에 의한 산화환원작용과 생광물화작용을 이용해 산업적 이용이 가능한 나노물질을 합성하고 있다”고 덧붙인다. 특히 나노크기의 입자이면서 입자와 모양이 균일하며, 단백질 고정과 같이 특정 기능이 복합된 나노크기의 자철석의 합성은 친환경적이며 안전한 나노합성 기술로 약물전달체나 오염정화촉매제 등 산업적 이용이 더욱 많아질 것이라는 게 노 교수의 전망이다. 연구팀에서는 지구미생물의 산화-환원 반응과 생광물화작용 등을 이용한 금, 은 등 유용광물 합성 조건 등도 연구되고 있다. 이는 산업폐수나 폐광뿐 아니라 해양과 갯벌 등에서의 희귀유용광물의 회수기술로 응용될 것으로 연구팀은 내다보고 있다.

BT 이용한 이산화탄소 저장능력 향상 융합기술 개발

현재 전 세계적으로 이산화탄소를 포함한 유해오염물질 배출이 급격히 증가하면서 환경문제 해결과 지속가능한 이산화탄소 지중저장을 향상시키기 위한 기술개발이 요구되고 있다. 따라서 지구온난화의 주범인 이산화탄소의 광물탄산화 또는 지중저장을 이용해 이산화탄소의 포집 및 저장방안 개발을 통한 지구온난화 및 녹색기술의 개발에 기여할 수 있다. 이에 연구팀은 미생물의 탄산염광물화에 따른 이산화탄소 고정기술도 연구 영역에 포함시키고 있다. 최근 홍조단괴에서 서식하는 탄산염광물 형성 미생물인 프로테우스 미라빌리스(Proteus mirabilis)를 농화배양해 칼슘과 마그네슘이 풍부한 해양환경에서 다양한 방해석 형성에 중요한 역할을 담당하고 있음을 실험으로 확인한 연구팀은 더 나아가 홍조단괴미생물과 미생물이 형성한 Bio-Film을 이용해 CO2 저장 덮개암의 밀봉능력 향상과 방해석/능철석 등의 탄산염광물의 형성을 이용한 CO2 저장능력 향상을 위한 연구를 진행하고 있다. 또한 스트론튬이나 셀레늄과 같은 방사성 오염물질의 침전 및 탄산광물화에 성공해 방사성 오염의 확산 방지와 이산화탄소 고정과 같은 복합적 고정 기술로 발전시키고 있다.
이처럼 연구팀은 토양과 암석의 광물학적, 지질학적 특성을 조사 연구를 통해 토양관리와 대책을 위해 현재 자연발생석면의 전국의 산출 가능 암석 및 토양 내 자연발생석면의 산출양상과 광물학적 특성을 밝히고 있으며 이 같은 노력은 석면관리와 대책을 세우는 정보로 체계화 될 것으로 보인다. 또한 지구미생물을 이용해 기능성 나노광물과 탄산염광물을 합성하고 생합성 나노광물의 산업적 가치와 이산화탄소 고정능력을 높이면서 응용 범위를 넓혀가고 있다. 이를 기반으로 향후 보다 경제적이고 효율적이며 친환경적인 지속가능한 기술로 관련 산업의 발전을 이끌 연구팀의 행보에 귀추가 주목된다.