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미생물이야기 인류역사와 함께 한 미생물들을 살펴보자.
2013-08-01 12:10:11
이엠생명과학연구원

인류역사와 함께 한 미생물

광학현미경이나 전자현미경을 통하지 않고 육안으로는 볼 수도 없는 가장 작은 미생물이 인류의 역사를 만들어 왔다고 까지 혹자는 말하고 있다.

왜냐하면 14세기 유럽인구 절반이상의 생명을 앗아갔던 흑사병의 원인이 페스트라는 미생물이었고, 19세기 중반 아일랜드가 식물병원균인 역병균의 감염으로 주 식량원이던 감자 생산량이 급감돼 100만명 이상이 굶주려 죽었으며, 1800년대 초 러시아 원정길에 올랐던 나폴레옹의 군대를 몰락시킨 것도 티프스이라는 세균이었다.

또한 가장 최근엔 9·11테러 이후 미국을 공포로 몰아넣었던 흰색가루 사건도 탄저균이라는 작은 미생물에 의한 것이었다. 그러나 미생물이 이와 같이 인류에 나쁜 영향만 끼친 것이 아니다.

김치, 치즈, 빵, 맥주 등 우리가 거의 매일 섭취하고 있는 다양한 발효식품들을 제공하고 있으며, 오염된 자연환경이나 농작물을 재배할 수 없는 척박한 토양을 깨끗한 환경이나 영양분이 풍부한 토양으로 복원시키는 도움이 역할도 충실히 해왔다.


이와같은 유익한 미생물들을 농업적으로 이용하려는 시도는 인류가 농사를 짓기 시작한 수 천년 전부터 경험적으로 시작돼 왔으나 본격적으로는 1900년대 이후에 활발히 연구되기 시작해 1940년대 이후부터 여러 나라에서 사용돼 오고 있다.

그러나 우리의 기대와는 달리 이러한 미생물을 이용한 농업적 응용은 여러가지 경제적, 사회적 여건의 어려움 때문에 그 잠재력을 충분히 발휘할 수가 없었다.

첫 번째 이유는 1900년대 초부터 급격히 발달하기 시작한 강력한 유기합성제의 출현으로 그 경쟁력을 잃어버렸기 때문이며, 둘째는 사용하는 농민의 입장에서는 미래의 환경오염이나 인축에 대한 위험성보다도 당장 강력한 약효나 효과를 희망하기 때문이었다.

세 번째는 미생물생물제의 생산방법이 유기합성제보다 비싼 공정이 대부분이기 때문이었다. 그러나 최근 급격히 발달한 생명공학기술들을 이용해 이와같은 문제들을 해결하려는 연구가 급격히 증가하고 있다.

방제·환경정화·비료원료로 이용

미생물은 오염된 환경정화에도 큰 역할을 한다. 최근 공업화, 도시화에 따른 사회변화에 따라 인간에 의해 사용된 각종 쓰레기들과 각종 공장으로부터 나오는 다양한 폐기물은 토양 및 인근 하천으로 유입돼 심각한 농경지 오염으로 이어지고 있다.

이러한 농경지 오염에 대한 대책으로 최근 자연상태로 토양중에 존재하는 토착성미생물의 대사활동에 영향을 미치는 환경요인을 최적화하거나, 특별한 환경정화능력을 가진 미생물을 오염된 환경에 투입하거나 또는 복합적인 처리를 통해 오염된 환경을 원래의 상태로 회복시키는 생물학적 복원 연구가 한창이다.

미생물을 이용한 생물비료 연구도 활발히 진행되고 있다. 생물학적 질소고정은 지구상에서 유기체가 생명을 유지하는데 꼭 필요한 과정으로 고등식물은 자기자신의 생명을 유지하는데 필수적인 3대 영양분의 하나인 질소를 질소고정 미생물이나 질소비료로부터 얻는다.

식물과 미생물의 분해 물로부터 얻는 토양 질소만으로는 작물의 생산에 턱없이 부족하다.

이러한 목적을 성취하기 위한 하나의 방법으로 미생물제제(microbial materials)가 사용돼 오고 있는데 미생물 제제에는 작물의 생산성 향상 및 양분을 공급하는 질소 고정균과 균근균, 토양식물양분을 가용화하는 질산화작용 저해 미생물 혹은 인산가용화균, 그리고 토양의 물리적 특성을 개량하는 미세조류 등의 고유 미생물 또는 유전자 전환 미생물이 이용되고 있다.

차세대 자원… 미생물 유전자

미생물은 지구상의 생물다양성의 절반이상을 차지하며, 현재 사용하고 있는 의약품의 절대적인 수가 미생물에서 유래한 물질이다. 항생제의 경우 약 80%가 미생물로부터 발견된 제품이나 모두 배양이 가능한 미생물로부터 나온 산물 또는 미생물 자체를 이용한 것이다.

지금까지 많은 미생물 배양기술들이 개발됐지만 현재의 기술로 배양가능한 미생물은 겨우 1%미만에 지나지 않는다. 생태학적으로나 산업적으로 더욱 중요하리라고 생각되는 나머지 99%에 해당하는 배양이 불가능한 희귀 미생물 연구에 대한 돌파구로서 현재 개발돼 활발히 사용되고 있는 대표적인 분자생물학적 기술로는 메타제놈(Metagenome)연구다.

이 방법은 1998년 위스콘신 대학의 Handelsman교수에 의해 개발됐는데 토양속의 모든 난 배양미생물들의 염색체 DNA를 100kb 이상 되게 큰 단편으로 추출해 세균 염색체를 이용해 만든 운반체(BAC vector)에 클로닝 한 후 발현되는 새로운 유전자들을 선발하는 방법이다.

실제로 미국의 몇몇 대학이나 연구소등에서 지금까지 보고되지 않은 새로운 항 세균유전자나 효소단백질 유전자 등을 선발했다는 보고가 있으며, 선발된 새로운 유전자는 DNA 진화방법(in vitro evolution)으로 유전자의 역가(activity), 안정성(stability), 생산성(availability)등을 개량하고 있다.

이 방법은 유전자은행에 보존돼 있는 다양한 유전자들을 유전자 증폭기술(PCR)이나 유전자 인공변이(site directed mutagenesis)기술 등을 이용해 임의로 유전자 염기순서를 바꾸어 그 기능이 원래의 유전자보다 수배에서 수백배 까지 뛰어난 유전자를 선발하는 방법이다. 미국의 한 회사는 상용화 단계까지 진전시켰다.

배양 불가능한 미생물의 유전자에 대한 기능연구가 이루어짐에 따라 산업적으로 또는 의학적으로 유용한 물질을 찾으려는 생명공학 연구자들에게 이 새로운 방법이 매우 유용하게 쓰여질 것이다.

천연자원이나 농산물자원 등이 부족한 우리나라도 토양 중에 무한히 존재하는 미생물 유전자원을 적극 발굴하고 개발해 차세대의 유전자원 및 기술전쟁에 대비해야 할 것이다.




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