아질산염 산화 세균의 형광 현미경 사진

[제주도민신문 = 오승택 기자] 제주대학교(총장 송석언)는 자연과학대학 생물학과 박수제 교수가 주도한 국제공동연구팀이 최근 국내 최초로 제주 해양 퇴적물로부터 아질산염(NO2-) 산화 세균 2종의 배양 및 유전체 해독을 통해 아질산염 제거 능력을 확인했다고 2일 밝혔다.

박수제 교수가 주도한 국제공동연구팀은 호기적 질산화 과정 중 발생하는 아질산염 제거가 가능한 원핵생물을 찾는 국제공동연구를 진행하고 있다.

아질산염은 균의 생장을 억제해 육가공품의 식품 보존재로 사용됐으나, 60kg인 성인의 경우 섭취량이 4.2g(기준치 71 mg/kg)을 넘기면 호흡곤란, 중독 등 심각한 피해를 입을 수 있으며, 세계보건기구 산하의 국제암연구소(IARC)에서는 2급 발암물질로 취급하고 있다.

더불어 연구진은 양식장 등 인위적인 질소영양분 공급으로 인한 해양내 아질산염 독성 제거를 위한 활용뿐만 아니라, 유전체 해독을 통한 아질산염 산화 세균이 탄소 순환에도 관여해 있어 생태학적으로도 연구가치가 매우 높을 것으로 판단하고 있다.

국내에서 처음으로 배양된 아질산염 산화 세균 2종은 각각 나이트로스피나(Nitrospina) MSP와 나이트로스피라(Nitrospira) DJ로 명명했다. 연구진은 생리학적 접근 및 유전체 해독을 통해 아질산염 산화 세균의 특징을 구명했다.

아질산염 산화 세균은 대표적인 난배양성 원핵생물로 현재까지 전세계적으로 5종만이 배양되어 연구가 진행되고 있었다.

이 연구에서 2종의 생장속도는 0.1~0.3 mM 아질산염 농도에서 가장 빠른 것으로 나타났으며, 특히, 0~3%의 염분(NaCl) 농도가 나이트로스피라 DJ의 생장에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이는 염분 농도가 나이트로스피라 속 세균의 생장에 영향을 미친다는 점을 최초로 규명한 결과다.

유전체 해독 결과, 아질산염 산화 세균이 생명체 생장에 필수적 요소 중 하나인 비타민 B12(코발라민) 생성 유전자군을 확인하였고, 본 연구에서는 해양환경 내에서 아질산염 산화 세균이 비타민 B12 생산 및 배출 가능성을 실험적으로 예측했다.

송석언 총장은 “해양생태계에서 독성물질은 해양생물의 생산성에 지대한 영향을 미치고 있으나, 독성물질을 분해하는 친환경적 미생물의 경우 배양이 어려운 경우가 많아 매우 도전적인 연구 분야”라며 “특히 이 연구는 제주 해양환경으로부터 국내 최초로 관련 연구가 성공적으로 수행된 것으로 창의적이고 도전적인 연구의 지속적 지원을 통해 제주대 연구 능력 및 가치 증진을 위해 더욱 노력할 것”이라고 밝혔다.

이에 대한 연구결과는 미국미생물학회 (American Society for Microbiology)가 발간하는 응용 및 환경 미생물학회지 (Applied and Environmental Microbiology, AEM; http://aem.asm.org/) 11월호에 게재됐다.

응용 및 환경 미생물학회지 (AEM)는 1953년 첫 발간 이후, 2020년 현재 전 세계 미생물학 분야 누적 인용도 1위, 생물공학 및 응용미생물학 분야 인용도 3위로, 환경 및 생태를 비롯해 광범위한 미생물학 분야 연구논문이 게재되는 파급력 높은 학회지다.

특히 아질산염 산화 세균 연구가 이 학회지에 게재된 것은 국내 최초다.