비소 독성 낮추는 미생물 7종 낙동강 상류에서 발견

안녕하십니까? 국립낙동강생물자원관 연구본부를 맡고 있는 이욱재입니다.

저희 국립낙동강생물자원관에서는 2016년부터 비소 등 중금속으로 오염이 되었을 것으로 예상되어지는 폐광산지역 그리고 제련소 등과 같은 산업시설이 있었던 그런 장소를 중심으로 토양으로부터 중금속 분해미생물 또는 흡착미생물을 발굴해서 이것을 산업적으로 활용할 수 있는 그 방안을 연구해 오고 있습니다.

오늘은 그동안 수행해 왔던 연구성과 중에서 토양으로부터 중금속 산화미생물의 발굴 성과와 그리고 향후 연구 계획에 대해서 설명드리고자 합니다.

잘 아시다시피 비소(As)는 다양한 형태의 화합물로 우리 자연계에 존재하고 있습니다. 특히 이 비소는 암을 유발하는 발암물질로 강한 독성을 가지고 있는 것으로 알려져 있고, 주로 환경오염물질로 인식되고 있습니다.

2005년 이후 미국 환경청에서 발표하는 유해물질 상위 10개 물질에 포함되어져 있고, 우리나라는 카드뮴, 구리, 수은과 같이 토양오염의 원인이 되는 21개 물질로 환경부에서 '토양환경법'으로 지정하여 규제대상 토양오염물질로 구분되고 있습니다.

또한, 그 비소의 오염농도가 토양오염 우려기준을 초과할 경우 정부에서는 엄격한 지침에 따라서 해당 부지 또는 사업장은 반드시 오염정화를 하도록 규정되어 있습니다.

저희 국립낙동강생물자원관은 이러한 그런 발암물질로 규정되고 관리되어지고 있는 환경유해성 중금속물질인 비소의 독성을 낮출 수 있는 유용 담수미생물 자원 확보와 그리고 이를 활용한 생물제제 개발에 관한 연구를 수행해 오고 있습니다.

비소의 경우 금속을 제련하는 과정에서 다양한 경로로 일반 환경에 유출될 수 있기 때문에 주로 폐광지역이나 제련소 주변에서 검출되는 경우가 많습니다.

저희 자원관에서는 올해 3월부터 약 9개월에 걸쳐 폐광산 인근 하천의 토양으로부터 환경시료를 채취하여 유용 미생물을 분리하는 연구를 수행하였고, 지난 9월 경북 봉화군 낙동강 상류지역에서 33종의 미생물을 분리하였고 이들 중에서 신종 21종을 저희가 분리·확인했고, 또 21종 중에서 비소를 산화시킬 수 있는 그런 능력을 가지고 있는 신종미생물 7종을 재분리하여 단독배양에 성공하였습니다.

단독배양 된 그 비소 산화 신종미생물 7종은 우리가 유전자 분석을 통해서 확인한 결과, 카에니모나스 속에 속하고, 또 보세니아 속, 또 로도슈도모나스 속, 그리고 스핑고피닉스 속, 또 폴라로모나스 속, 그리고 마이코박테리움 속에 분류되는 것으로 확인되었고, 이들에 대한 생리·생태학적 특성을 정밀분석 한 결과 그 비소 산화 특성을 가지고 있는 것으로 평가되었습니다.

그래서 이들 미생물은 독성이 강한 기본적으로 3가의 비소를 5가의 비소로 산화시킴으로써 비소 독성을 저감하는 그런 미생물로 확인되었습니다.

3가의 비소는 5가의 비소에 비해서 독성이 약 60배 이상 강한 것으로 알려지고 있습니다. 신종미생물 7종과 같은 비소 산화 미생물은 3가 비소를 5가 비소로 산화시켜 독성을 낮추는 그런 결과를 보였습니다.

2페이지입니다.

연구진은 1㎖당 1,000마리, 약 10의 8승 마리의 미생물을... 미생물, 그 농도에 맞춰진 신종미생물 7종을 325ppm 농도의 3가 비소를 넣고 72시간 동안 비소 산화 능력을 실험한 결과, 신종미생물 중 SR-07, 로도슈도모나스 속에 분류되는 이 스트레인은 일반적으로 알려져 있는 비소 산화 미생물에 비해서 최대 530배 이상의 산화 능력을 갖고 있는 것으로 나타났습니다.

특히 이 SR... SPR-07은 2014년 3월 국제전문학술지인 ‘Journal of Hazardous Material’이라고 하는 그 잡지에 보고되어져 있는 비소 산화 미생물로 보고된 슈도모나스 속 균주 ARS1에 비해서 약 530배 높은 그런 기록을 나타냈습니다.

현재 비소 산화 능력의 우수성이 입증된 이 신종미생물을 혼합해서 비소를 산화시키는 방법을 개발해서 특허출원 중에 있으며, 12월 중에 출원이 완료될 것으로 예상하고 있습니다.

또한, 이번 비소 산화 신종미생물 7종의 유전자 분석과 정밀분석 결과를 토대로 환경독성물질저감 관련 국제전문학술지인 ‘Bioresource Technology' 잡지에 금월 중으로 투고할 예정에 있습니다.

일반적으로 비소를 제거하는 기술은 비소 농도에 따라서 다르게 적용되고, 국내에서는 주로 물리화학적 제거방법과 토양세척법, 또 전기화학적 공정, 화학적 산화법 등이 사용되고 있지만 비용이 많이 들고, 또 이들로 인한 2차오염이 발생될 수가 있습니다.

따라서 환경 2차오염을 유발할 수 있는 기존의 기술의 단점을 보완할 수 있는 생물학적 처리기법의 생물제제로의 다양한 형태의 미생물제제 개발이 시도되고 있습니다.

현재까지 환경오염 정화미생물은 국내보다도 국외에서 더 많은 연구가 진행되고 있습니다. 하지만 해외에서 이런 수입 미생물제제의 이용은 국내의 환경적 특성을 고려한다면 효능을 우리가 확정할 수 없고, 또 미생물이 실제 오염지역에서 토착미생물과의... 그 미생물의 발굴과 이들의 분해 특성을 연구하는 것이 상당히 중요한 의미를 가지고 있습니다. 그 점에서 이번 비소 산화 신종미생물 발굴이 가지는 의미는 크다 할 수 있겠습니다.

따라서 저희 국립낙동강생물자원관 연구진은 이번에 발굴된 비소 산화 신종미생물을 활용해서 중금속 오염토양의 비소 독성 저감용 미생물제제를 개발하고, 또 이것을 현장에 적용하는 기술, 실험을 지속적으로 수행할 계획에 있습니다.

향후 여기서 개발된 특허들은 혼합미생물의 제제 안전성 연구 및 산업체로 기술이전 등을 통해서 담수미생물 생물자원 활용에 대한 환경산업 관련 원천기술 개발을 지속적으로 진행할 계획에 있습니다.

더불어 아직까지 유용 미생물자원에 대한 연구가 제대로 이루어지지 않은 토양오염 지역이 상당히 많을 것으로 추정하고 있기 때문에 광범위한 조사와 또 발굴을 통한 원천소재 확보 연구를 집중적으로 수행해 나갈 계획입니다.

이상으로 브리핑을 마치겠습니다. 감사합니다.


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

<질문> 이 미생물이라는 게 굉장히 어렵고 잘 와 닿지가 않는데, 그러니까 예를 들어서 이 미생물이 독성을, 비소 독성을 낮춘다고 했는데 우리가 지금까지 낙동강생물자원관에서 미생물에 대한 연구를 꽤 많이 하는 것으로 알고 있거든요? 그 가운데 혹시 상용화가 된 게 있는지 하고요.

그다음에 두 번째는 이 미생물에 대한 활용도에 대해서 좀 쉬운 예를 하나 들어주실 수 있는지, 그것 두 가지 좀.

<답변> 예, 말씀드리겠습니다. 저희 자원관이 개관한 지가 2년 반 정도 됐습니다. 저희가 본격적으로 이런 미생물들을 발굴하고, 이걸 산업적 활용가치를 평가하고, 또 이것을 산업 현장에 적용하기 위한 기술개발들을 지속적으로 진행해 오고 있습니다.

지금은 앞에서 말씀드렸던 우리가 원천소재, 생물자원을 발굴하는 부분에 많이 포커싱이 돼 있고 결과가 돼 있고요.

그다음에 현장에 적용하기 위한 기술개발도 저희가 지금 진행하고 있는데, 그중에 하나의 예로서 작년도에 저희가 유류에 포함되어져 있는 탄소화합... 고분자탄소화합물들을 분해하는 미생물들을 저희가 발굴한 적이 있습니다. 그래서 그것을 활용해서 최근에 포항의 포스코의 자회사 포스코휴먼스와 공동개발을 통해서 포스코휴먼스에서, 그러니까 포스코에서 나오는 기름때가 찌든 그런 세척물을... 세탁물을 세탁하는 그런 미생물제제를 개발을 작년에 수행했습니다.

그래서 그것이 상당히 성공돼서 내년도에는 그거를 상용화, 제품으로서 내놓을 수 있는 단계까지 진행되어져 있습니다. 아마 내년도에는 시중에서 미생물제제, 바이오크리닝 이런 생물제제를 아마 접할 수 있을 것입니다.

<질문> 산업용 얘기가 나왔으니까요. 이것도 산업용으로 개발하기 위한 어떤 계획이라든지 그런 거 혹시 없을까요?

<답변> 이것 지금 저희가 이번에 발굴된 7종 경우에 비소의 산화 능력이 대단히 뛰어난데, 그중에 아까 SR... SPR-07 이 스트레인은 다른 미생물에 비해서 상당히 산화 능력이 뛰어나고, 또 하나는 이것은 햇빛을, 그 빛 에너지를 이용해서 대사를 한다는 것입니다.

그래서 다른 미생물들을 우리가 대량으로 키우려면 cost가 많이 들어가죠. 그러니까 배양을 하려면. 그런데 다행히 이것은 태양열을 많이 에너지 소스로 활용하기 때문에 그렇게 많은 비용을 들이지 않고 다량으로 증식할 수가 있고, 또 이것을 우리가 환경에 적절하게 이 어떤 그러한 비소 산화 능력을 유지하는 이런 형태의 생육조건이랄지 이런 것들을 우리가 지금 조사를 하고 있는데 그것만 완결이 되면 충분하게 상용화될 수 있을 것으로 제가 기대하고, 또 그런 부분에 대한 보완기술들을 개발하고 있습니다.

<질문> 그러니까 산업계와 예컨대 업무협약을 한다든지 공동추진 한다든지 그런 가시적인 거 나오려면 아직 시기는 아니네요?

<답변> 저희가 앞에서 좀 말씀드렸지만, 저희가 짧은 시간이지만 저희가 지금 개발된 기술특허나 출원된 이 기술들은 지금 기업들이 활용하겠다고 해서 저희들과 기술이전 협약을 한 건, 사례가 몇 건이 있습니다.

그래서 특히 이 부분도 아마 환경 관련된, 산업 관련된 기업들이 저희들에게 적극적으로 관심을 가질 것이라고 생각이 되고, 그런 기업들이 제안을 해온다면 저희들은 기업들에게 적극적으로 기술이전을 해서 이게 상용화될 수 있도록 그렇게 하겠습니다.

<질문> 두 가지만 짧게 질문드리겠습니다. 중금속이 여러 가지가 있는데 타기팅을 왜 비소를 했는지, 그리고 비소만 산화 능력이 있는 건지, 다른 중금속은 대입을 안 해봤는지 궁금하고요.

두 번째는 이 미생물을 경북 봉화군 낙동강 상류에서 찾아냈다고 그러셨는데, 그쪽 특정지역 봉화군에서만 사는 놈인지 아니면 뭐... 이 미생물 조사를 봉화 쪽으로 했는지 이것도 궁금하고요.

<답변> 그것 말씀드리겠습니다. 제가 앞에서 처음 말씀드렸듯이 저희가 사실은 이런 유용 미생물들을 발굴을 하는데 몇 가지 목적을 가지고 합니다.

첫 번째는 아까 여러 가지 우리가 식용이랄지 기능성화장품 소재로 활용할 수 있는 미생물이 있는지 이런 것도 활용을 하고 있고요.

또 하나는 우리 원천기술개발부에서는 이것을 환경개선 쪽으로, 환경개선 쪽으로 타깃을 두고 미생물을 발굴을 하는데, 역시 마찬가지로 저희가 꼭 비소만을 대상으로 하는 건 아니고, 앞에서 말씀드렸듯이 우리 석유제품, 유류제품에 대한 그... 산화물들도 같이 스크리닝하고 있습니다. 그중에 비소 관련된 부분이 한 부분이 들어있는 거고요. 또 거기에서 이 비소 산화 능력이 뛰어난 이 미생물을 발굴했기 때문에 오늘 비소 산화 미생물 중심으로 저희가 발표를 드린 겁니다.

또 조사지역과 관련된 부분에 있어서는 제가 앞에서 말씀드린 폐광산지역이랄지 제련소 지역 이런 데를 중점적으로 많이 조사를 하고 있습니다.

뭐 저희가 꼭 봉화만 한 건 아니고 장항에 있는 장항제련소 주변도 저희가 좀 조사를 하고 있고 그곳은 일부 미생물을 발굴하고 있는데, 이 봉화 쪽 이쪽에도, 역시 마찬가지로 그 위쪽에는 여러 그동안에 광산지역이 있었고 그렇기 때문에 저희가 그 부분을 대상으로 해서 조사를 한 겁니다.

<질문> 말씀하신 대로 그러면 그쪽의 제련소나 광산 이런 데 나오는 이 중금속들을... 이게 중금속이 하나의 먹이가 되는 건가요? 이 미생물의.

<답변> 그게 저희가 그 부분은 아까 21종 중에 7종이 비소를 산화하는 능력을 가지고 있는 것으로 확인이 됐다 그랬는데, 그러니까 이 미생물들이 실제적으로 이것을 먹이로 사용하고 있는지 아니면 이 산화력을 그들의 어떤 대사과정의 에너지원으로 사용하고 있는지, 이런 부분들을 저희가 좀 규명해야 될 부분입니다.

<질문> 그러니까 이 미생물들이 사는 지역이, 제가 드리는 질문은 그런 어떤 중금속들이, 중금속들에 좀 오염이 됐을 만한 그런 토양이라든지 이런 게 아니냐, 그게 지금...

<답변> 그... 그런데 미생물들이, 사실은 아까 그 중금속들이 어느 특정한 지역에 집중적으로 많이 이렇게 오염이 돼 있거나 그럴 수도 있지만 자연계에 기본적으로 다 존재하고 있는 겁니다.

그래서, 단지 혹시나 그런 부분들에 그런 미생물들이 집중적으로 존재할 수가 있을 가능성이 더 높기 때문에 저희가 그런 부분을 찾아가는 겁니다.

<질문> 그리고,

<답변> 그러니까 실제적으로 자연계에서는 이런 미생물들도 다 존재할 수 있는 거죠.

<질문> 그리고 이 비소요. 아까는 비소에만... 높은 효과를 보였다고 그러셨는데, 다른 중금속이나 유기화합물에서는 뭐 어땠습니까?

<답변> 다른 부분들은 아직 저희가...

<질문> 못 했어요?

<답변> 예, 아직 스크리닝을 못 했고요. 비소만, 아까 말씀드렸던 카드뮴이랄지 수은, 다 이제 저희가 아까 그 지역에 나왔던 31종을 우리가,

<질문> 해보실 겁니까?

<답변> 네, 할 겁니다. 해서 그게 또 혹시 그런 능력들이 있는 것들이 있다면 그것도 역시 마찬가지로 저희가 분리해서 집중적으로 테스트해서 산업제제로 활용할 수 있는지를 또 연구를 하겠습니다.

<질문> 알겠습니다.

<답변> 감사합니다.

<끝>