해양미생물이란 무엇인가?

- 해양미생물은 말 그대로 우리가 맨눈으로 볼 수 없고 현미경을 사용해야만 볼 수 있는 작은 생물이다. 미생물은 세포의 종류에 따라 다음과 같이 구분할 수 있다.

1) 원핵세포(원핵 미생물)



원핵세포는 진핵세포에 비해 단순한 구조이며, 형태가 원시적이다. 핵과 세포기관이 없으며, 유전물질이 핵막에 둘러싸여 있지 않고 세포질의 핵양체(nucleiod)에 위치해 있다. 세균과 원핵조류가 여기에 속한다.



2) 진핵세포(진핵 미생물)



진핵세포는 보다 복잡한 구조를 가진 진화된 세포이다. 뚜렷한 핵막과 세포기관을 갖고 있다. 모든 동식물의 세포는 진핵세포이며, 조류(원핵조류 제외), 균류(진균), 원생동물등의 고등미생물이 여기에 속한다.



3) 바이러스(비세포성 미생물)



바이러스는 다른 종류의 미생물과 달리, 세포가 아니며, 세포막도 없다. 유전물질(DNA, RNA)과 단백질 껍질만으로 이루어져 있다.

 

cf) 미생물에 대한 상식

 

-미생물이 무엇인가?



• 호흡, 생장, 번식하는 생물(生物) - 1637년 레벤후크가 최초발견 • 약 1010억 년 전부터 지구상에 생존 - 고온고압, 이산화황·탄소의 원시환경 • 지구상에 존재하는 모든 생명체 무게의 60% 차지 (10억=개미 1마리) * 눈에 보이지 않는 지구의 주인이다.



-어디에 살고 있나?



• 동식물이 살아가는 모든 곳에 산다 • 모든 동식물의 내·외부에 살아간다 - 피부 1㎠에 100마리 이상 : 불가분 관계 • 토양, 바다, 온천, 사막, 남북극, 공기, 음식, 쓰레기, 냄새나는 곳 * 토양 1g 속에 중국인구보다 많은 수의 미생물이 살고 있다

-얼마나 많이 있나?



• 현재까지 알려진 종류 : 약 10만 종 - 곰팡이 6만 9천, 세균 5천2백, 기타 3만 5천 • 알려지지 않은 종류 : 약 5백만 종 - 곰팡이 1백50만, 세균 40만-3백5십만, 기타 2십3만 종 * 현재까지 확인할 수 있는 미생물은 전체의 1% 이하이다



-무얼 먹고사나??



• 유기물(사체)을 분해하여 양분으로 이용 • 타가영양, 일부 광합성 미생물 • 중금속, 오염물질, 무기염류, 독소 등 분해이용 : 환경정화, 토양개량

*최적조건에서 대장균은 20분에 2배로 늘어 24시간 만에 1030마리로 증식한다.

 

2. 해양미생물의 다양성
 

- 해양미생물의 다양성은 어떤 방법으로 알 수 있을까?

 

가장 먼저 사용되었던 방법 은 배양된 미생물을 동정해서 미생물의 다양성을 확인하는 방법이다. 이러한 방법을 통해서 현재까지 확인된 세균 종은 약 8,000종에 이른다. 하지만 이것은 환경에 존재하는 미생물 중 극히 일부라는 점이다. 바닷물의 경우 1% 이하의 미생물만 배양할 수 있다고 알려져 있으며 현재도 많은 신종 미생물이 보고되고 있으므로 실제로 존재하는 미생물은 훨씬 더 많을 것이다.



최근 들어와서 미생물 배양 방법의 한계를 극복하기 위해 환경으로부터 직접 DNA를 추출하고 PCR을 이용하여 16 SrRNA 유전자를 증폭해서 이를 분석하는 방법과 새롭게 개발된 pyro-sequencing 방법을 이용하여 염기서열을 분석하는 방법이 개발되었지만 이것들 또한 미생물다양성을 모두 밝히기엔 역부족이다. 이를 보아 해양에 존재하는 미생물 다양성이 얼마나 큰지 알 수 있다.

 

cf.)



-PCR (Polymerase Chain Reaction, PCR) 중합효소 연쇄 반응으로 DNA의 원하는 부분을 복제, 증폭시켜 원하는 특정 DNA의 단편만을 선택적으로 증폭시켜 알 수 있는 방법이다.



-Pyro-sequencing – DNA-sequencing의 방법으로 DNA 중합효소에 의해 통합된 뉴클레오티드를 검출함으로써 수행하는 방법이다.

 

--> 결국 미생물의 다양성을 알아내는 방법들이 개발되고 있지만, 모든 미생물을 알아내기에는 그 다양성이 너무 많다.

 

3. 해양미생물의 이용
 

일반적으로 해양생물은 특성상 유용물질의 대량생산 단계에 들어가면 자원확보의 문제점에 봉착하게 되는데, 미생물은 대량 배양조건이 확립되면 바로 생리활성 물질의 대량생산에 진입할 수 있다는 장점이 있기 때문에 해양공생미생물의 대량배양을 통하여 해양생물유래 유용물질의 대량생산의 문제점도 손쉽게 해결할 수 있는 차원에서도 해양미생물의 중요성은 더욱 크게 부각되고 있다.

 

1) 해양미생물 NA1 (바닷속 미생물이 만드는 차세대 친환경 수소에너지)



- 학명 : 써모코커스 온누리누스(Thermococcus onnurineus NA1)

- 2002년 탐사선 온누리호를 통해 파푸아뉴기니 인근 남태평양 심해 열수구에서 채취･분리한 초고온성 고세균

- 63-90℃의 초고온에서 성장이 가능한 심해 극한미생물이며, 고세균(archaea)의 일종으로 수심 1,650m 깊이 심해열수구 근처에서 채취

NA1, 채취 지역
- 지금까지 알려진 미생물 중 가장 많은 수소화 효소군(7종)을 보유하여, 생촉매로 사용 가능한 미생물 중 최대의 수소생산성 보유


 

 

- 해양미생물(NA1)을 촉매로 이용, 일산화탄소와 해수를 원료로 수소 생산

CO + H2O → H2(에너지원) + CO2(포집)

이 기술을 이용하여 수소를 생산할 경우, 환경오염을 유발하는 물질을 배출하지 않으면서도, 제철소나 발전소에서 발생하는 부생가스이자 대기오염 물질인 일산화탄소를 원료를 이용하기 때문에 자연스레 대기오염 저감 효과도 기대할 수 있다.

 

이 연구를 통해 2019년 데모 플랜트가 구축되면 연간 480480톤가량의 수소를 1kg당 약 3,700원 수준의 단가로 생산할 수 있게 되어, 본격적으로 상용화를 추진할 수 있을 것으로 기대된다.

 

 

 

2) 미세조류의 이산화탄소 고정

 

- 미세조류는 식물플랑크톤(phytoplankton)으로도(phytoplankton) 불리며 광합성을 통해 유기물을 생산하는 독립영양생물이다.

 

- 왜 육상생물을 이용하지 않고 미세조류를 이용해서 이산화탄소를 제거하는 것인가?

 

육상식물은 광합성 과정이 매우 느려 이산화탄소 고정률이 매우 낮은 반면에, 미세조류의 온실가스의 순 저감효율은 매우 높지만, 생물 공정의 낮은 반응 속도 때문에 이산화탄소의 절대 저감 양은 크다. 또한, 미세조류는 산업적으로 고밀도 배양이 가능하므로 이산화탄소 저감문제 해결이 가능하다.

그러나 미세조류 배양 공정을 이용하여 산업체 배출가스로부터 이산화탄소를 직접 고정하는 공정을 실용화하기 위해서는 몇 가지 문제점이 우선적으로 해결되어야 한다.

 

1) 미세조류가 이산화탄소 범위에서 생존이 가능하면서 이산화탄소 고정률이 높아야 한다..

2) 미세조류의 생육 활성을 저해하는 성분들, 황산화물(SOx), 질산화물(NOx) 등에 대한 내성이 우수해야 한다..

3) 실제 산업에 이용되기 위해서 바이오매스(biomass)가 풍부해야 한다.

 

이를 모두 만족시키는 미세조류로 Scenedesmus producto-capitatus 가 존재하고 현재 계속 연구가 진행되고 있다.

 

 


-각 종, 성장률, Chlorophyll a : 광합성색소로 높을수록 광합성 많이한다.

4. 정리
 

- 아직까지 해양미생물에 대한 탐색도 부족하고, 기술을 이용하는 부분에 있어서도 적용할 수 있는 기술적 측면도 부족한 것이 현실이다. 따라서 해양미생물의 다양성에 대해 더 개발이 이루어져야 하고, 생물 공학 기술의 발달로 효율적인 개발과, 배양 공정을 개선하여 활용한다면, 환경오염문제의 해결 및 이산화탄소 저감, 에너지개발 등으로 비용적인 효율 등을 기대할 수 있을 것이다.



해양생물을 배우면서 어류나 해조류들에 대해서는 많이 접하지만 미생물에 대해서는 알고 있는 내용이 많이 없다. 해양미생물에 대해 더 관심을 갖고, 이끌어 나가야 할 것이다.