미세조류는 현미경으로 관찰이 가능한 단세포성 생물로서 담수 및 해양생태계에서 산소를 발생시키고 유기물을 생산하는 등 중요한 역할을 하지만 모든 미세조류가 환경에 이로운 것은 아니다.
대표적인 유해 미세조류 중 하나인 '알렉산드리움 퍼시피컴(이하 퍼시피컴)'은 수산물에 축적될 수 있는 신경 독소(패독)를 생성해 사람이 섭취할 경우 중추신경계에 치명적이며, 해양생태계에도 악영향을 미쳐 수산물 안전성에 심각한 위협이 되고 있다.
한국생명공학연구원(원장 김장성)은 이준 생물자원센터 박사팀이 미세 조류와 박테리아의 상호작용을 이용해 유해 미세조류 독소 생성 원리를 전 세계 최초로 규명하고, 이를 억제할 수 있는 생물학적 제어 기술을 개발했다고 밝혔다.
기존 독소 제어 방식은 화학약품을 사용하거나 기계적인 제거 방법을 주로 사용해 환경오염 문제가 있었으나, 이번 연구성과로 친환경적 독소 제어 기술이 나올 것으로 기대되고 있다.
연구팀은 자연 생태계에서 빈번하게 발생하는 미세조류인 퍼시피컴과 박테리아 자나스키아 시스타우젠스(이하 시스타우젠스) 간 상호작용을 심층적으로 분석했다.
시스타우젠스의 쿼럼 센싱(세균의 세포밀도 인식기전) 신호가 퍼시피컴 독소 합성 유전자 발현을 초기 단계와 고도화 단계에 모두 걸쳐 촉진하는 것을 확인했다.
또 퍼시피컴은 자연에서 시스타우젠스와 영양분을 경쟁하며 독소의 합성경로와 에너지 대사를 조정했다.
이는 박테리아와의 물리적인 접촉이 퍼시피컴의 독소 합성과 휴면포자 형성을 유도하는 핵심 요인임을 밝혀낸 것이다.
이번 연구성과는 박테리아와 미세조류 간 신호전달 기전이 단순히 스트레스 신호전달 이상의 역할을 한다는 사실과 함께 특정 환경 조건에서 미세조류의 독소 농도와 독성 조성을 변화시키는 분자적 원리를 전 세계 최초로 규명한 데 의미가 있다.
이는 유해 미세조류가 스트레스 환경에서 독소 생산을 통해 생존 전략을 강화한다는 기존 가설을 검증해 낸 것이다.
또 연구팀은 퍼시피컴이 영양분의 공급 환경에 따라 스스로 대사 전략을 선택할 수 있음을 전 세계 최초로 규명했다.
영양분이 충분한 환경에서는 고에너지를 소모하며 저독성의 패독을 합성하고, 영양분이 제한된 환경에서는 고에너지의 소모를 억제하며 고독성의 패독으로 합성을 전환한다는 사실을 확인했다.
연구책임자인 이준 박사는 “이번 연구로 미세조류와 박테리아 간 상호작용을 이용하여 유해 조류의 독소 생성을 효과적이고 친환경적으로 억제할 수 있는 과학적 기반을 마련했다”며 “향후 이 기술이 수산양식, 수질 관리 등 다양한 산업분야에서 생태계 보전과 지속 가능성 증대에 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구는 수생태 분야 세계적인 저널인 워터 리서치에 지난 12월 13일자 온라인 판에 게재됐다.
이번 연구는 과기정통부 우수신진연구사업과 생명연 주요사업 지원을 받아 수행됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
