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미생물이야기 미생물 이용의 장단점 미생물을 공업적 생산수단으로 이용할 때 화학공정에 비하여 장단점이 있다.
2013-07-31 15:57:57
이엠생명과학연구원

미생물 이용의 역사

인류는 발효의 의미를 알지 못하던 시절부터 이미 미생물을 이용한 자연발효를 실생활에 이용해왔다. 구약성경의 창세기편에 롯이 술을 마신 이야기가 등장하며 우리 조상들은 먼 옛날부터 김치, 간장 등을 발효에 의해 만들어 사용하였다.

미생물은 네덜란드의 레벤후크(Leeuwenhoek)에 의해 1676년 처음 발견된 후 이 미생물이 발효, 부패, 전염병 등의 원인임이 파스퇴르(Pasteur)와 코크(Koch)에 의해 밝혀지기까지 200여 년의 시간이 소요되었다. 파스퇴르는 프랑스 포도주 양조자들의 고충인 포도주 산패를 해결하기 위하여 연구하던 중 발효는 효모의 생활작용이며 부패는 잡균에 의해 일어난다는 것을 발견하였다. 그리고 플라스크의 목을 가늘고 길게 한 장치를 사용하여 ‘생명현상은 생명으로부터’라는 사실을 입증하였고 저온살균법(pasteurization)의 발명, 광견병 백신(vaccine)에 대한 면역 개념도입, 발효현상의 학문적 해명 등 많은 업적을 남겼다. 코크는 현미경을 통하여 탄저균의 수포(spore)를 발견하고 생활상을 밝혔으며 감자절편을 이용한 미생물 순수분리(1880년), 폐결핵균의 발견 등의 업적을 남겼다. 한편 부흐너(Buchner)는 효모 추출액으로부터 알코올발효과정을 입증함으로써 생명현상은 생물체에 함유된 효소에 의해 이루어진다는 가설을 주장하였다(1897년). 그 후 플레밍(Fleming)은 1928년 푸른곰팡이로부터 페니실린을 발견하였고, 스텐리(Stanley)의 바이러스 발견(1935년), 크렙스(Krebs)의 산소호흡 대사과정 규명(1954년)을 거치며 생명현상에 대한 많은 연구가 이루어졌다. 1944년 그리피스(Griffith)는 폐렴균에 의한 형질전환실험에서 유전물질의 존재를 확인했고 에버리(Avery)에 의해 유전물질의 본질이 DNA임이 밝혀졌다. 그리고 1950년에 와트슨(Watson)과 크리크(Crick)에 의한 DNA 이중나선구조의 규명은 현대 분자생물학(molecular biology)의 근간을 이루게 되었다.

 

 미생물 이용의 장단점 미생물을 공업적 생산수단으로 이용할 때 화학공정에 비하여 장단점이 있다.

 

 

 미생물 이용의 장점

 

미생물을 이용한 생산공정의 장점은 그 내부에 있는 효소의 촉매로서의 장점과 관련이 있다. 즉, 다양한 기질을 이용할 수 있고 반응에 특이성이 있다. 미생물은 또한 동?식물세포에 비하여 증식이 빠르므로 사용에 유리하다.

 

1) 다양한 기질(substrate)의 이용:다양한 기질의 이용이 가능하여 공업적 생산이나 환경적인 측면에서 미생물 이용이 효과적일   수 있다.

2) 반응의 특이성(specificity):미생물 특유의 생리적 활성으로 화학공정을 통한 화학합성보다 비교적 쉽게 생산물을 얻을 수 있다.

3) 빠른 증식성:한 세대(generation)가 약 30분에서 수 시간 안에 분열을 함으로써 빠른 증식이 가능한데 이는 단위시설에 대한 생산성(productivity)이 중요시되는 공업에서 대단히 유리하다.

4) 변이주(mutant)를 인공적으로 만들기 용이:유용한 미생물 변이주 육성이 유전자 조작을 통하여 가능하다.

5) 생화학적 반응:화학공정과 달리 상온과 상압에서 반응이 진행되어 효율면에서 유리하다.

이외에도 다양한 부산물이 다른 목적으로 재사용이 가능하고 미생물배양시 방출되는 열을 이용할 수 있으며 몇 단계의 화학반응을 단일반응과 같은 조작으로 달성할 수 있는 장점이 있다.

 

미생물 이용의 단점

 

미생물을 이용한 생산공정이 화학공정에 비해 갖는 두드러진 단점은 무엇보다도 오염의 문제이다. 왜냐하면 목적하는 생성물을 만들어 내는 균주 이외의 오염균의 침입은 전 공정을 무효화하는데, 공기, 물, 흙 등 도처에 이러한 오염균이 존재하기 때문이다.

 

1) 오염문제:철저한 관리로 잡균이나 파아지(phage)에 의한 오염을 방지하고 항상 최적의 배양 조건을 유지하여야 한다.

2)생산물 분리정제의 어려움:배양액 중에 다양한 성분이 있으므로 특정 산물의 정제(purification)에 적합한 방법을 강구하여야 한다.

3) 균주의 변이:종균(inoculum)을 연속적으로 사용할 경우 자연적인 돌연변이에 의해 성질이 변할 수 있다.

4)반응 최적화의 어려움:미생물반응은 시시각각으로 변하여 최적화(optimization)가 어려워 자동제어에 의한 방법이 강구된다.




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