[낙동강생물자원관] 나프탈렌 분해하는 미생물 원리 최초로 밝혀
방향족 탄화수소계열 물질을 정화하는 원리 규명
난분해성 특정수질유해물질 정화하는 유용생물자원 응용 기대

국내 연구진이 나프탈렌 등 방향족 탄화수소계열 오염물질을 분해할 수 있는 미생물의 원리를 최초로 밝혀냈다. 나프탈렌은 벤젠고리 두 개가 이어진 방향족 탄화수소 화합물이다. 승화성물질로 원유 생산 과정에 추출하며 과거 탈취제, 방충제로 많이 쓰였으나 발암 물질로 판명, 환경부는 나프탈렌을 2013년부터 특정수질유해물질로 지정한 바 있다.   

국립낙동강생물자원관(관장 안영희)은 전체옥 중앙대 교수 연구팀과 함께 '알테로모나스 나프탈레니보란스(Alteromonas naphthalenivorans, 이하 알테로모나스)' 균주가 나프탈렌 등 방향족 탄화수소계열을 분해하는 원리를 새롭게 개발한 '미생물 환경정화기능 분석기술(mRNA-SIP)'을 통해 최초로 규명했다.

'미생물 환경정화기능 분석기술'이란 안정 동위원소 표지기법(SIP)과 차세대 유전자발현 분석기술(RNA-seq)을 접목시킨 미생물 활성 관찰기술이다. 이 기술은 그간 해외의 다른 연구진이 미생물 활성 관찰을 위해 시도해왔지만 실제 오염현장에서 해당기술을 적용하여 성공적인 결과를 얻은 첫 사례라는 측면에서 획기적이다.

안정 동위원소 표지기법(SIP)은 일반 원소로 구성된 생물체의 생체성분(DNA, RNA, 단백질 등)을 비방사능성 중동위원소(이하 동위원소)로 바꾸는 방법이다. 즉, 나프탈렌을 구성하고 있는 탄소원자를 일반 탄소원자보다 무게가 무거운 동위원소로 바꾼 뒤 먹잇감으로 공급했을 때 나프탈렌을 소화시킨 미생물은 동위원소로 인해 생체성분이 무거워져 초고속 원심분리를 통해 분리할 수 있다.

차세대 유전자발현 분석기술(RNA-seq)은 대용량 염기서열 분석 방법 중 하나로 유전자 발현에 의해 생성된 RNA를 차세대 대용량 염기서열 해독기술을 이용해 분석하는 방법이다.

연구진은 지난 2009년 '알테로모나스'를 태안 갯벌에서 처음 발견했으며, 이 미생물이 나프탈렌처럼 분해하기 어려운 유해물질을 어떻게 효과적으로 제거하는지 원리를 연구했다.

연구진은 이번 '미생물 환경정화기능 분석기술'로 '알테로모나스'의 나프탈렌 분해의 원리를 밝혀냈다.

'알테로모나스'는 방향족 탄화수소의 단단한 화학공명구조의 일부를 붕괴시키고, 유해물질을 영양분으로 사용하기에 용이한 형태로 유해물질의 구조를 변화시키는 '나프탈렌디옥시게네이즈'와 '살리실산 하이드록실레이즈'라는 2가지 효소를 사용하는 것으로 밝혀졌다. 

나프탈렌디옥시게네이즈는 나프탈렌이 갖는 단단한 화학공명구조(resonance structure)를 일부 붕괴시켜 먹잇감으로 쉽게 사용할 수 있는 형태인 다이하이드로 나프탈렌으로 산화시키는 효소이며, 살리실산 하이드록실레이즈는 살리실산을 다이하이드록시벤조산으로 산화시키는 효소로서 미생물 소화과정에 쉽게 사용할 수 있는 형태로 전화시켜 준다. 

특히 주변 환경이 나프탈렌과 같은 물질로 이뤄졌을 때 '알테로모나스'는 화학주성(chemotactic) 반응유전자를 높게 발현시켜 나프탈렌 가까이에 이동하는 것으로 확인되어 미생물은 나프탈렌과 같은 물질을 먹잇감 삼아 스스로 움직인다.

화학주성(chemotatic)은 미생물이 화학적인 자극에 반응하여 움직이는 성질로서 본 연구에서는 미생물이 나프탈렌등의 방향족 오염물질 환경에 노출되었을때 그 물질들을 정화하기 위해 방향족 화합물 주변으로 모이는 성질을 의미한다.

이번 연구 결과는 세계적인 학술지인 네이처(Nature)의 자매지 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)' 2016년 2월호에 게재됐다. 

국립낙동강생물자원관은 이번 연구에서 사용된 미생물 유전자 분석 기술을 통해 앞으로 난분해성 오염물질을 정화하는 유용생물자원 산업에 응용할 수 있을 것으로 기대했다. 특히 나프탈렌, 벤젠 등 방향족 탄화수소계열의 특정수질오염물질을 정화하는 데 효과적으로 대응할 수 있을 것으로 예상했다.

국립낙동강생물자원관은 차세대 미생물 환경정화기능 분석기술을 활용하여 담수 환경에서 난분해성 오염물질을 제거할 수 있는 유용생물자원의 발굴과 친환경 정화 기술을 지속적으로 연구할 예정이다.