박테리아가 인류에끼치는 영향

[도바]

인류가 직면한 가장 큰 문제점의 해결책을 찾기 위해 MIT 연구팀이 가장 작은 유기체인 박테리아에 관심을 돌리고

 있다. 미생물을 탐구하는 것은 이제 새로운 것이 아니다: 인류는 오랫동안 박테리아와 효모를 이용하여 빵, 와인 및

치즈를 생산하였으며, 최근에는 항생제를 개발하였다. 이제 대사공학의 영역에서 박테리아의 독특한 특성을 조작하여

지구의 대기를 정화하고 에너지를 생산하는데 이용하고자 한다.

MIT의 화학공학자인 Kristala Jones Prather는 박테리아를 다양하고 복합한 화학공장으로 인식하면서, 잠재적으로

더 나은 바이오연료와 생분해성 플라스틱 및 섬유를 생산하는데 활용할 수 있을 것으로 보고 있다.

그녀와 연구파트너인 조교수 Joseph R. Mares는 박테리아를 이용하여 바이오연료 및 다른 화합물을 효율적으로

생산하기 위한 연구를 하고 있으며, 화학교수인 Catherine Drennan는, 언젠가 박테리아가 이산화탄소와 일산화탄소와

같은 오염물질을 흡수할 수 있게 되기를 희망하고 있다.

지구의 거의 모든 곳에서 발견되는 박테리아는 화학발전소이다. 일부는 바이오연료, 플라스틱 및 약물과 같이 인류에게

유익한 물질을 합성하고, 일부는 대기의 오염물질을 분해하는 역할을 한다. 대부분이 에너지원으로 탄소화합물을

이용하고 있지만, 종에 따라 정확한 대사과정은 크게 다르다.

대사공학자는 이런 과정에 대한 이점을 취하는 것이며, 주된 관심 분야 중 하나가 바이오연료 생산분야이다. MIT에서

Prather는 농작물 부산물로부터 부탄올과 펜탄올과 같은 연료를 생산할 수 있는 박테리아를 개발하고 있으며,

Stephanopoulos는 공급원료의 독성에 대한 내성을 향상시킴으로써 바이오연료의 미생물 생산자를 만드는데

주력하고 있다.

최근 석유가격 및 온실가스 배출의 급등은 바이오연료 및 바이오플라스틱과 같은 다른 화학물질을 생산하는 더 좋은

방법을 찾도록 부추기고 있는 상황이다.

박테리아를 이용하여 플라스틱이나 섬유를 만드는 것은 기존의 산업공정에 비해 에너지 사용량이 훨씬 적은데,

그 이유는 대부분의 화학반응이 고온고압을 필요로 하기 때문이다. 반면에 박테리아는 단지 섭씨 30도 정도와 대기압

 조건에서 반응을 수행한다.

대사공학은 새로운 물질의 합성뿐만 아니라 기존의 화합물을 더 효율적으로 생산하는 기법을 개발한다. 최근 Prather의

연구실에서는 나일론 합성에서 수처리에도 사용되고 있는 glucaric acid를 합성하기 위해 식물, 효모 및 박테리아를

사용하는 새로운 방법을 보고하였다.

Prather는 또한 글루코스와 다른 단순 물질로부터 PHA(polyhydroxyalkanoate)와 같은 생분해성 플라스틱을

만드는데 이용할 수 있는 화합물질로 전환하는 박테리아에 대해 연구하고 있다. Stephanopoulos 연구실의 경우는,

바이오디젤 생산을 위한 새로운 기법을 개발하고 있으며, 약물이나 식품첨가제로 사용되고 있는 아미노산 티로신,

 관절염에 사용할 수 있는 천연윤활제인 바이오폴리머 및 히알루론산(hyaluronic acid)을 개발하고 있다.

프로젝트 수행을 위해 협력한 두 연구실은 효모와 박테리아를 이용하여 이소프레노이드(isoprenoid) 합성경로를

개발하고 있으며, 이는 많은 중요한 약품의 생합성에 관여하고 있다.

Drennan도 박테리아를 연구하고 있지만, 목표는 다르다. 무엇을 합성하기 위해 박테리아를 이용하는 대신에,

이산화탄소, 일산화탄소 및 다른 대기 오염물질을 분해하는 것에 초점을 두고 있다.

그녀가 연구하고 있는 담수에 서식하고 있는 미생물은 이산화탄소 및 일산화탄소를 흡수하여 에너지를 생산하는데

이용하고 있다. 이와 같은 미생물은 매년 10억 톤의 일산화탄소를 지구상에서 제거할 수 있을 것으로 예측된다.

이를 위해 Drennan 연구팀은 X-ray 결정학을 이용해 반응에 관여하는 금속-단백질 효소의 구조를 규명하고 있다.

이로써 효소가 어떻게 작용하는지 밝혀낼 수 있을 것으로 기대된다. 이에 대한 이해는 오염이 심한 지역에서 일산화탄소의

농도를 낮추기 위한 촉매개발에 이용될 수 있을 것이다.

첨부그림> 대장균을 이용한 멜라닌의 생산을 보여준다. 그림A는 기질은 티로신의 있는 경우이고, 그림B는 5종의 유전자

조작 종을 이용한 티로신 기질에서의 생산정도를 보여준다

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