나프탈렌 분해하는 미생물 원리 최초로 밝혀냈다

안녕하십니까? 오늘 브리핑을 맡게 된 국립낙동강생물자원관 담수연구본부 산업소재연구팀장 정상철입니다.

오늘 우리가 발표하게 된 내용은 실제 오염환경에서 난분해성 오염물질인 나프탈렌의 분해원리 규명과 이를 위하여 새로이 개발되어 사용된 분석기술에 관련된 내용입니다.

현재 폐수처리나 오염된 환경을 정화하는 데 여러 환경정화기술이 적용되어 사용되고 있습니다. 그 가운데 친환경적으로 오염물질을 없앨 수 있는 방법으로 미생물을 이용한 생물학적 처리방법이 많이 시도되고 있습니다.

하지만 대부분의 연구들이 실험실 수준에서 개발되고 평가되기 때문에 실제 오염환경에 적용되었을 때 환경분해효과가 제대로 나타나지 않고 그 효능을 과학적으로 검증하기 어려웠던 단점이 있었습니다.

오늘 국립낙동강생물자원관에서 발표하게 된 내용은 이와 같은 문제점들을 개선할 수 있는 새로운 분석 개발과 오염 현장에서 환경분해효과를 검증한 결과에 관련된 내용들입니다.

이번 연구에서는 환경정화능력이 있는 것으로 알려진 미생물인 ‘알테로모나스 나프탈레니보란스(Alteromonas naphthalenivorans)’가 특정수질유해물질로 지정된 나프탈렌을 분해시키는 원리를 실제 오염환경에서 최초로 증명하였습니다.

이는 단순한 실험 조건이 아닌 복잡한 실제 환경에서 환경개선기능을 나타내는 미생물의 작용을 유전자 단위에서 증명한 데 큰 의의가 있다고 할 수 있습니다.

‘붙임1’을 보시면 알테로모나스 나프탈레니보란스 미생물의 사진을 볼 수 있습니다. 이 미생물은 2009년 태안 인근 갯벌에서 처음 발견되었고, 유해물질을 분해하는 능력이 뛰어나고 성장 속도가 대장균보다 빠른 특징이 있기 때문에 효과 좋은 환경정화소재이자 모델미생물로서 가치를 인정받고 연구되어 오고 있습니다.

이번 연구 결과는 알테로모나스 나프탈레니보란스가 오염환경 내에서 두 가지 유전자를 활성화시켜 나프탈렌을 분해시킨다는 것을 명확히 보여 주고 있습니다.

이들 유전자는 미생물이 오염물질을 찾아 스스로 이동하는 화학주성에 관련된 유전자와 다음에 나프탈렌을 실제적으로 분해시키는 두 종의 나프탈렌 분해효소의 생산에 관련된 유전자입니다.

‘붙임2’를 보시면 이 두 가지 효소인 ‘나프탈렌디옥시게네이즈’와 ‘살리실산 하이드록실레이즈’가 어떤 원리로 나프탈렌을 분해할 수 있는지를 보여 주고 있습니다.

먼저, 나프탈렌디옥시게네이즈 효소는 나프탈렌이 갖는 안정한 화학공명구조(resonance structure)의 일부를 붕괴시키고 먹잇감으로 쉽게 사용할 수 있는 ‘다이하이드로 나프탈렌’으로 산화시키는 기능이 있습니다.

그리고 또 하나의 주요 효소인 살리실산 하이드록실레이즈는 나프탈렌이 분해 중간 대사 산물인 살리실산을 ‘다이하이드록시벤조산’으로 산화시켜서 나프탈렌이 미생... 소화과정에서 쉽게 사용할 수 있는 형태로 변화시켜 주는 역할을 하고 있습니다.

이와 같은 연구 결과를 얻기 위해서 이번 연구에 사용된 분석기술은 세계 최초로 개발된 ‘mRNA-SIP’ 분석기술입니다.

이는 안정 동위원소 표지기법과 차세대 염기서열 분석법 기술 접목한 것으로 중앙대학교 전체옥 교수 연구팀과 공동으로 개발하였습니다.

좀 더 구체적으로 말씀드리면, 이 기술은 안정 탄소동위원소로 만들어진 나프탈렌을 분해·섭취한 미생물만을 선택적으로 분리할 수 있는 초고속 원심분리기술방법과 분리된 미생물의 환경정화기능에 관여하는 RNA 염기서열을 분석하는 기술을 접목한 새로운 방법입니다.

이 기술은 전통적인 방법과는 달리 유전자의 증폭 없이 유해물질 분해유전자의 발현 여부를 효율적으로 확인할 수 있는 획기적인 RNA 분석기술입니다.

이번 연구 결과는 물리, 화학, 생물, 임상과학 등의 분야에서 세계적으로 새롭고 두드러진 연구 결과만을 선별하여 게재하는 네이처 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 2016년 2월호에 게재 완료되었습니다.

‘붙임3’을 보시면, 이러한 환경정화분석기술의 활용방안에 대해서 보여 드리고 있습니다.

이번에 개발된 분석기술은 다양한 난분해성 오염물질을 정화하는 유용생물자원을 발굴하고, 이를 실제 오염환경에 효과적으로 적용할 수 있는 환경개선제 개발에 널리 활용될 수 있을 것이라고 생각됩니다.

국립낙동강생물자원관은 2015년 개관 이후 이 기술을 활용하여서 낙동강 수계의 페놀 오염지역으로부터 페놀을 분리할 수 있는 유용미생물자원에 대한 연구사업을 병행하여서 시행하고 있습니다.

우리 국립낙동강생물자원관은 담수생물자원의 연구특화기관으로서 담수생물자원의 활용 분야에 대한 연구를 주요 핵심 분야로 수립·운영하고 있습니다.

이번에 개발된 환경정화 유전자분석기술은 향후 낙동강 수계뿐만 아니라 국내 모든 담수환경에서의 난분해성 유해물질 또는 다양한 생활환경 오염물질들을 친환경적으로 제거할 수 있는 환경개선소재의 개발과 환경정화와 관련된 기반기술의 지속적인 개발을 위하여 사용될 예정입니다.

이상으로 브리핑을 마치겠습니다. 감사합니다.


[질문 답변]
※마이크 미사용으로 확인되지 않는 내용은 별표(***)로 처리했으니 양해 바랍니다.

<질문> 이게 ‘알테로모나스’ 얘가 태안에서 발견됐는데, 그러면 이게 태안의 해양오염하고도 관련이 있다고 볼 수 있습니까? 그러니까 미생물 같은 경우는 세포가 단순하니까 진화하고 적응하는 과정에서 그런 것들이 발견됐을 가능성이 있지 않을까 이런 생각도 드는데, 굳이 태안에서 발견된 것에 의미를 부여하자면 어떤 의미를 부여할 수 있을지 그게 궁금합니다.

<답변> 네. 태안에서, 이 균주는 태안에서 발견됐고요. 나프탈렌은... 그러니까 원유의 가장 대표적인 환경오염물질로 알려져 있습니다. 그래서 이 나프탈렌을 분해하기, 대부분의 유해물질을 분해하는 미생물들은 우리가 어느 환경에서 발견을 하냐면 그 물질로 오염된 환경에서 발견을 하게 됩니다. 분리를 하게 됩니다.

왜냐하면 그 물질이 있어야지만 그 물질을 분해를 잘할 수 있는 미생물을 우리가 분리할 수 있습니다. 그래서 태안에서 일단 이 균은 분리가 되었고요.

가장 유류에서 환경오염의 핵심이 되는 나프탈렌, 다환성방향족 물질인 나프탈렌에 관련된 효능을, 분해효능을 보기 위해서 분리를 했습니다.

<질문> ***

<답변> 기존에 있던 균주가 어떤 조건에 의해서 이런 특성을 나타내지 못하다가 나프탈렌과 같은 유해물질이 들어왔을 때 잠재적으로 가지고 있는 활성들을 나타내게 됩니다.

우리 환경정화 측면에서는 그러한 미생물들을 분리해서 산업적으로 이용하거나 아니면 원리 규명을 해야 되기 때문에 이 미생물을 발견하기에 적합한 조건이 되었다고 볼 수도 있는 것입니다.

감사합니다.

<끝>