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황금알을 낳는 미생물, 온누리누스




심해열수구


유전자증폭-바이오수소 개발에 응용돼


2002년 남태평양 파푸아뉴기니 근처 해역. 해양연구선 ‘온누리호’에 탄 한국해양연구원 소속 과학자들은 1500m 깊이의 바다 밑으로 한 덩이 흙을 채취하는 기구를 떨어뜨렸다. 뜨거운 물이 뿜어져 나오는 ‘열수광상’에 사는 미생물을 채취하기 위해서다.

몇 달 뒤 흙에서 채취한 미생물을 배양하던 종이(배지)에 생명체가 발견됐다. 배지는 열수광상 환경과 비슷하도록 산소가 없는 섭씨 80도의 고온으로 유지됐기 때문에 평범한 미생물일리 없었다.

이날 발견된 미생물 두 종 중 하나는 기존에 알려지지 않은 새로운 종이었다. 해양연 해양·극한생물분자유전체연구단은 이 종에 ‘써모코커스 온누리누스(Thermococcus onnurineus) NA1’이란 이름을 붙였다. 미생물을 채취한 온누리호의 이름을 딴 것이다.

온누리누스는 고온에서 살 수 있다는 특징만으로도 연구단의 관심을 끌었다. 고온에서도 파괴되지 않고 활동하는 효소를 만들 수 있기 때문이다. 물질을 분해하거나 변형시키는 효소는 단백질의 일종이기 때문에 대개 40도가 넘어가면 파괴된다. 물질의 변형은 온도가 높을수록 빨리 이뤄진다는 것과 비교하면 아쉬운 점이다. 그래서 높은 온도에서도 활발한 효소는 이를 해결시켜주는 열쇠가 된다.

연구단은 온누리누스의 일부 유전자를 이용해 ‘유전자(DNA) 중합효소’를 개발했다. DNA 중합효소는 유전자 소량을 대량으로 늘리는 방법인 ‘중합효소 연쇄반응(PCR)’에 반드시 필요한 물질이다. DNA를 복제하기 전 이중나선구조를 분리하기 위해 온도를 70~90도로 올리는 단계가 있는데 이때 DNA 중합효소가 활발히 움직이며 특정 DNA 조각을 대량으로 복제한다.

이정현 연구단장은 “PCR은 다양한 생물 실험은 물론 현재 급속도로 발전하고 있는 ‘개인 유전체 해독’에도 사용된다”며 “DNA 중합효소 개발은 맘 놓고 응용 분야에 진출할 수 있는 원천기술을 확보한 셈”이라고 밝혔다. DNA 중합효소는 이미 2007년 국내 회사인 ‘바이오니아’와 ‘씨젠’을 통해 상품으로 출시됐다.

 

 





● 차세대 친환경 에너지 수소 생산도 가능


온누리누스는 또 다른 특징도 지니고 있었다. 2007년 온누리누스의 유전자를 해독한 연구단은 8개의 ‘수소화 효소군’를 발견했다. 수소화 효소군은 특정 물질을 섭취해 수소 기체를 배출하는 역할을 한다. 다른 미생물은 수소화 효소를 갖고 있어도 3~4개에 불과하다. 8개는 미생물 중 최다였다. 수소화 효소군을 다양하게 갖고 있으면 이를 조절해 생산되는 수소의 순도나 효율을 높일 수 있다.

당시 수소는 연소한 뒤 물만 배출하는 차세대 친환경 에너지원으로 각광받고 있었다. 만약 온누리누스를 이용해 폐기물에서 순수한 수소를 생산할 수 있다면 미래의 커다란 시장을 선점할 수 있을 터였다. 연구단은 온누리누스가 산소가 없는 고온의 공간에서 일산화탄소, 전분, 개미산 같은 물질을 수소로 바꾼다는 사실을 2008년 말 밝혔다.

현재는 20~30L 규모의 수소를 생산하는 단계에 도달했으며 6월 말 열리는 ‘2010 국토해양기술대전’에서는 현장에서 바로 2~3L의 수소를 생산한 뒤 수소연료전지를 통해 전기제품을 가동하는 시연을 처음으로 공개할 예정이다. 이 단장은 “원료가 되는 물질 가격이 높고 밀폐된 공간을 대규모로 만들기 쉽지 않아 당장 상용화하기는 어렵다”면서도 “3년 뒤에는 1t 규모의 공정을 시험할 계획”이라고 밝혔다.




높은 온도에서 잘 견디는 효소를 만드는 온누리누스는 옷에 묻은 기름때를 없애는 생물성 세제에도 활용될 수 있다. 빨래를 삶거나 세제를 대량으로 넣지 않고 80도의 물에 세제를 약간만 첨가해도 찌든 때가 빠지는 것이다.

하지만 아직 연구단은 생물성 세제를 개발할 계획은 없다. 효소를 세제에 사용해 이윤을 얻으려면 1g의 가격을 수백원 정도로 낮춰야 하지만 온누리누스가 사는 산소 없는 고온 환경을 유지하는 비용을 고려하면 쉽지 않다.

그래서 연구단은 특정한 목적에 쓰이는 고가의 효소를 만든다. 이 단장은 “DNA 중합효소는 1g이 수천만원에 거래될 만큼 가격이 높다”며 “만약 수소를 생산할 수 있는 효소가 개발된다면 1g의 가격은 수억이 넘을 수도 있다”고 말했다.




● 아직은 생물보다 기술 보호가 우선


이처럼 8년 전 파푸아뉴기니 인근 열수광상에서 발견된 온누리누스는 현재 ‘황금알을 낳는 거위’가 됐다. 미생물을 찾아 새로운 종인 것을 밝히고 유용한 기술을 개발한 곳은 우리나라지만 온누리누스의 국적이라 할 수 있는 ‘생물주권’은 파푸아뉴기니에 속한다.

그렇다면 황금알은 누가 가져야 할까. 이와 관련된 조약은 국제생물다양성협약(CBD)과 세계지적재산권기구(WIPO)가 각각 다른 안을 제시하고 있다. CBD는 생물주권을 인정해야 한다는 주장이고 WIPO는 생물 종보다는 기술의 가치를 보호하자는 주의인데 현재는 WIPO의 조약이 유효하다. 즉 온누리누스를 이용한 기술의 재산권은 우리나라에 있다는 의미다.

하지만 앞으로 생물다양성을 유지하기 위해 생물주권을 지켜야 한다는 의식이 강해지면 상황은 바뀔 수 있다. 국내 연구진은 이를 긍정적이고 적극적으로 받아들일 준비를 하고 있다. 국내 토종 종자를 지키려면 외국의 토종 종자도 인정해야 형평성이 어긋나지 않기 때문이다.

이 단장은 “온누리누스를 발견할 당시에는 생물주권에 대한 개념이 없었지만 생물 종을 보존하자는 주장이 나올 때부터 파푸아뉴기니에 기술료의 일부를 환원하는 것을 고려했다”며 “국제 조약에 마냥 끌려 다니지 않도록 충분한 대비를 할 계획”이라고 밝혔다.

 

 

 

 

 



전동혁 동아사이언스 기자 jermes@donga.com



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