미래 에너지원으로 미생물
산업공정에서의 효소, 의약품, 바이오 에탄올을 만들며 에너지를 생산하는 미생물. 물질 자체로 이용되기도 하고, 적조를 제거하고 산성토양을 정화하는 등의 환경기술로도 활용되는 미생물은 그 다양성과 더불어 미래의 에너지원으로 자리매김하고 있다. 현재 한국은 외국과 비교해 전혀 뒤처지지 않는 능력을 가지고 있지만 전문가 양성과 연구비 부족 등의 어려움을 겪고 있어 정부의 적극적인 지원이 필요한 상태이다.
한국 폐절연유 PCBs 처리기술
PCBs는 변합기와 콘덴서 등 전기설비에 사용되는 절연유에 함유된 염소계 유기화합물질로, 독성이 강하고 자연환경에서 잘 분해되지 않아 생물에 농축되는 특성이 있다. 인체에 농축될 경우 각종 암과 간기능 이상, 갑상선 기능 저하, 면역기능 장애, 생리불순, 저체중아 출산 등을 유발하는 것으로 알려져 있다. 한국원자력연구원 양희철 박사팀은 섭씨 약 850℃의 고온 알칼리 용융염[탄산나트륨(Na2CO3)]으로 PCBs 함유 폐절연유를 촉매산화 분해처리함으로써 PCBs의 독성 성분인 염소(Cl)를 인체에 무해한 소금(NaCl)의 형태로 전환시키는 기술을 개발해냈다. 이 기술은 PCBs 분해 효율이 99.9999 % 이상일 뿐 아니라 처리 후 발생하는 결과물이 소금과 이산화탄소, 수증기뿐이어서 다이옥신은 물론 유해가스나 폐수를 전혀 발생시키지 않는 친환경 폐기물 처리 공정이다.
페절연유 안전처리 실증사업
실증사업은 PCBs 오염 절연유를 저농도(50ppm 이하) 및 고농도(50ppm 이상)로 법적 고온소각조건(온도 1,100℃, 체류시간 2.0초) 및 소각로별 통상 소각조건에서 3~5일간 연속투입하는 방식으로 진행된다. 실증사업은 국립환경과학원 주관으로 오는 10월초까지 추진되며 환경관리공단, 포항공과대학교 및 연세대학교 등이 공동수행기관으로 참여한다.
미생물을 이용한 폐수처리
폐수처리 시 미생물에 의한 1차 처리는 물리적 처리로 부유고형물질(SS)을 제거하는 것이다. 2차 처리는 유기물(BOD)을 제거하는 친환경적이고 경제적인 처리이다. 마지막 고도처리는 물리화학적 처리로, 영양물질과 N ·P 또는 병원균 등을 제거하게 된다. 폐수처리에 있어 매우 중요한 역할을 하는 것은 원생동물이다. 섬모충류가 가장 많이 존재하며, 편모충류와 근족충류도 있다.
폐수처리 재이용 투자기회
환경부는 국내 처음으로 폐수종말처리시설에서 고도(高度)처리(BOD 3㎎/L 이하)한 공장폐수를 공업용수로 재이용하는 폐수처리수 재이용사업을 민자사업으로 추진한다고 지난 2월 밝혔다. 대구 달성산단 폐수종말처리시설의 고도처리수 15,000톤/일(하루 약 44,000명의 생활용수 공급량에 해당)을 하류지역 현풍공단 내에 위치한 제지업체에 공급하는 사업으로, 지금까지의 처리수 재이용사업이 하수종말처리장 처리수를 중심으로 추진돼 재이용 분야도 주로 하천 유지용수나 조경수와 같은 잡용수로의 이용에 한정되어 있었지만 금번 폐수처리수 재이용은 공업용수로 재이용하게 된다는데 큰 의의가 있다. 또한 이번 사업을 민간자본이 참여하는 민간투자사업으로 추진함으로써 사업추진의 효율성을 높이고, 향후 하·폐수처리수 재이용사업에 민간투자가 활성화되는 계기가 되고 있다. 최근 낙동강수계는 기후변화에 따른 극심한 가뭄으로 하천 유지용수가 크게 부족한 상황이어서 폐수처리수 재이용사업은 하천유지 용수 확보에 기여함은 물론 낙동강 수질개선에도 많은 도움(수질오염총량 95㎏/일 삭감)을 줄 것으로 예상된다.
자연으로 돌아가기 힘든 음식물 쓰레기
음식물쓰레기에 대한 오염실태는 사실상 심각한 수준이다. 음식물에는 염분이 많이 포함 되어 있고 수분 또한 85%이다. 처리 시 85%의 수분을 퇴비나 사료로 가공하기 위해 함수율을 낮추는데 탈수기로 탈수하여 음폐수(음식물쓰레기폐수)는 따로 처리하고 남은 잔여물에 톱밥 같은 것을 섞어 발효시키면 퇴비가 된다. 이때 탈수하고 남은 찌꺼기로 퇴비를 만드는데 여기에 염분이 함유돼 있다. 이런 퇴비를 농가에 보급해 사용하면 1~2년은 작물의 변화가 크게 없다. 하지만 그 이후 염분이 쌓이면서 식물은 고사할 수밖에 없다. 결론적으로 정부의 음식물쓰레기 자원화방침은 재논의가 필요하다.
발목 잡힌 한국 환경기술
최근 경기도 동두천시에서 유용미생물(EM)을 이용해 실개천을 복원하려 했다. 정부 차원에서 미생물을 이용한 다양한 환경정화, 오염처리 등의 시도를 계속하고 있지만 한국의 미생물 활용 환경기술은 갈 길이 멀다는 것이 전반적인 분위기이다. 현재 미생물을 이용한 다양한 정화제품들은 미국이나 유럽에서 미생물을 수입해 수입한 미생물을 배양한 뒤 보존제를 써가며 미생물을 살려놓아 악취제거나 오염처리를 하는 정도의 기술이다.
의료- 쑥쑥 크는 바이오 의약분야
사진 : 제 2회 바이오현미경사진전 바이오기술상 일반부, ‘췌관 스텐드 속의 깊은 바다’, 췌관스탠드 속 박테리아 등
현재 인터페론이나 성장호르몬 등 유용한 물질을 미생물로부터 생산하고 있다. 사람의 유전자 일부를 잘라내 박테리아에 넣어주면 그 유전자가 나타나는 단백질이 만들어지는데 대장균의 경우, 성장속도가 매우 빨라 대량으로 약품을 만들 수 있다. 이 외에 여러 가지 백신도 생산되고 있다. 바이러스 유전자 일부분만을 박테리아에 넣고 바이러스의 단백질은 대량 발현시켜 백신으로 이용하기 때문에 위험은 현저히 낮아졌다.
예방의학산업
진단시약 사업은 기술의 변화 속도가 빠르고 시장규모에 비해 제품개발에 막대한 투자비가 소요돼 주로 유럽, 미국 등의 선진국에 편중되어 있다. 이에 국내 기술력을 통한 진단시약 기술의 개발은 1억 달러 상당의 수입대체 효과가 있을 것으로 보인다. 더군다나 의료기술 발달에 따른 인류의 평균수명 연장으로 건강에 대한 관심이 증대되어, Human Genome Project의 발표 이후 새로운 질병진단의 개발로 인해 진단시약 시장은 더욱 확대될 전망이다.
미생물을 이용한 선천성 대사이상 진단
대사이상 질환은 열성으로 유전되는 질환으로, 부모로부터 모두 돌연변이가 된 유전자만을 받을 경우 4명 중 1명이 발생한다. 대사이상 진단 시 사용되는 방법이 바로 Guthrie법이다. 특정 대사물에 대한 대사장애를 가진 미생물 균주를 이용하여 검체 내 특정 대사산물이 증가되어 있는지 확인함으로 선별검사를 할 수 있다. 이 방법은 가장 먼저 개발되어 가격이 저렴하고, 방법이 단순한 장점이 있다. 하지만 모든 과정이 수작업에 의존하므로 검체 수의 증가에 따라 인력이 많이 필요하고, 기록에 의한 오차가 항상 문제로 발생된다. 또한 검사 수행 시간이 오래 걸리며 균주의 성장 상태에 따른 결과판독의 주의를 해야 하는 등 단점도 있다.
농업-흙 속 미생물을 잡아라
사진 : 제1회 바이오현미경사진전 일반부 입선작, ‘초록색 낙원’ , 곰팡이포자
토양미생물
토양 속에는 세균·방선균·사상균·효모·조류·원생동물 등 많은 미생물이 서식하고 있다. 이 미생물들은 여러 가지 활동을 하여 토양에 큰 변화를 가져와 식물의 생육에 중요한 영향을 준다. 또 자연계의 물질순환에 큰 역할을 하고 있다. 토양 속에 세균은 대단히 많은 수가 존재하며, 일반세균군과 특수세균군으로 나누어진다. 일반세균군에는 유포자세균과 무포자세균류가 있고, 특수세균군은 특수한 생리작용을 하는 토양세균군이다. 특수세균군에는 공기 속의 유리질소를 고정하여 화합태(化合態) 질소로 만드는 유리질소고정세균, 토양 속의 암모니아태 질소를 질산태 질소로 변화시키는 질화세균, 질산에서 질소가스 또는 산화질소를 생기게 하는 탈질세균, 황 또는 그 화합물을 산화시키는 황세균(黃細菌), 철화합물을 불용성으로 하는 철세균, 섬유소(셀룰로오스)를 분해하는 섬유소분해세균 등이 있다. 방선균은 토양 속에서 유기물의 분해작용에 관여한다. 사상균은 토양 속에 많이 생존하는데 산성인 토양 속에서는 생육이 우세하며, 특히 미분해 유기물이 많은 토양 속에서는 그 분해에 큰 역할을 한다. 효모는 일반적으로 토양 속에 적지만 포도밭 등 과수원의 토양 등에 많이 생존한다. 토양 속에 생존하는 조류(藻類)는 5속 148종 이상이 기록되어 있으나 일반적으로 산성토양에는 매우 적다. 원생동물(原生動物)도 다수(농경지에서 토양 1g 중 수천~수만) 서식하고 세균류를 먹는다.
유용미생물 실용화
현재 우리나라 농업기술 연구에서도 유용미생물 실용화 단계가 한창이다. 김제시 농업기술센터는 유용미생물을 수도작(벼농사)과 원예 분야는 물론 축사 악취제거 및 축분 발효 등 친환경 농축산물을 생산하는데 다방면으로 적용하고, 미생물 수요 증가에 따른 현대식 미생물배양실을 140평 규모로 신축해 고품질의 유용미생물을 생산 농가에 확대 공급할 계획이다.
해외에서 활발한 심해 미생물 이용 연구
일본은 작년 7월 심해에서 식물 섬유의 주성분인 셀룰로오스를 분해하는 효소를 가진 미생물을 발견했다. 이 분해효소 양산화에 성공할 경우 바이오 연료 증산 및 바이오 플라스틱 생산기술 개발이 활발해질 전망이다.
미국은 심해 박테리아 연구에 총력을 기울이고 있다. 심해 암석 박테리아에 관한 연구가 2008년 5월 Nature지에도 실렸다. 이 연구는 우즈 홀 해양연구소 (Woods Hole Oceanographic Institution, WHOI) 와 남가주 대학 (University of Southern California, USC)의 연구진에 의해 이루어졌다. 위 연구는 해양 속 화학반응들과 생명체 간의 공진화 (co-evolution) 문제를 다루고 있다. 암석의 에너지를 통해 미생물이 생존한다는 연구결과는 생물진화론에 새로운 파장을 불러오고 있다.
국내해양공학기술 세계시장진출본격화
인하대 생명해양공학부 조장천 교수는 프로테오로돕신을 다량 채취해 생명공학(BT) 등 각종 산업에 응용하는 길을 열었다. 프로테오로돕신은 빛을 받으면 생체에너지(ATP)를 만들어내 이 단백질을 지닌 미생물은 별다른 유기물질이 없어도 생장이 가능하다.
조 교수는 “자연계의 미생물이 약 1% 정도 배양된다면 해양 미생물은 0.01∼0.1% 정도만 배양이 가능하다. 심해가 빈 영양 상태이며 극한 환경이기 때문이다. 배양이 어려운 와중에 나온 이번 연구 성과는 바다에 25% 정도를 차지하는 SAR11이 영양물질이 부족한 해수 속에서 어떻게 대량으로 생존할 수 있는지 그 오랜 난제를 풀어 해양생물학적으로도 가치가 높다."고 덧붙였다.
해양 미생물 연구전망에 대해 조 교수는 “양식장 내 어류 질병을 일으킬 수 있는 미생물의 종류나 검출방법이 아직 없다. 어류 질병을 고칠 백신 개발도 필요하다. 또한 배양이 어렵고 해양 미생물학에 대한 인식이 타 생명공학 분야에 비해 낮은 것도 문제이지만 연구비 부족 등 정부의 적극적인 지원도 필요하다.”고 말했다.
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