미생물 – 포커스온경제 통합 검색

전체기사보기
2025-06-17 (화)

검색

美 스탠퍼드 대, 질병‧노화 새 지표 '리피돔' 발견

인간의 DNA염기 서열이 분석되면서 불로장생(不老長生)을 향한 과학자들의 노력이 이어지고 있다. 이를 통해 희귀암 환자에게 삶을 연장할 수 있는 희망의 길이 열리고, 질병의 원인이 무엇인지도 밝혀지고 있다. 그러나 이런 것만으로는 신체 활동을 전부 표시하기에는 부족하다. 미국 과학기술 전문매체 사이테크데일리(SciTechDaily)는 스탠퍼드 대학교 과학자들이 건강과 질병, 노화에 대한 새로운 지표인 '리피돔(lipidome)'을 발견했다고 최근 보도했다. 리피돔은 지방이나 오일과 같은 성분을 포함하는 넓은 범주의 분자로, 트리글리세라이드, 콜레스테롤, 호르몬과 일부 비타민을 포함한다. 우리 몸에서는 세포막을 구성하고 세포 전달자 역할을 하며 에너지를 저장하고, 감염에 대응하고 신진대사를 조절하는 데 중요한 역할을 한다. 먼저 리피돔을 이해하기 전에 프로테옴(proteome)에 대한 이해가 필요하다. 게놈이 사람이 지닌 모든 유전 정보의 집합체라면 프로테옴은 특정 세포나 특수 상황에서 만들어지고 작용하는 단백질의 총합을 말한다. 인간의 게놈은 본질적으로 안정적이다. 프로테옴은 건강과 환경의 영향을 받기는 하지만 유전자에 의해 암호화된 내용에 크게 좌우된다. 반면 리피돔은 우리가 먹는 음식과 장 내에 살고 있는 미생물에 의해 직접적으로 변경될 수 있다. 리피돔은 장을 더 유연하게 만들기도 한다. 그러나 지질 분자의 수와 다양성(적어도 수천 개가 있음)으로 인해 연구하기가 어렵다. 스탠퍼드 대학교 FACS 유전학 교수인 마이클 P. 스나이더(Michael P. Snyder) 박사는 "리피돔은 사실상 모든 것과 관련이 있지만, 너무 다양하고 많기 때문에 대부분의 리피돔이 어떤 작용을 하는지 알지 못할 수도 있다"고 지적했다. 스나이더 박사의 연구팀이 2023년 9월11일 학술지 '네이처 메타볼리즘(Nature Metabolism)'에 발표한 새로운 연구는 인간 리피돔에 대해 깊이 파고들어 건강한 상태와 질병에 따른 변화를 추적했다. 이는 제2형 당뇨병의 발병에서 리피돔이 어떻게 변하는지 추적한 최초의 연구 중 하나다. 건강 지표 리피돔 당뇨병 위험이 있는 많은 참가자를 포함한 100명 이상이 건강할 때는 3개월마다 혈액 샘플을 제공하고, 질병이 발생하면 주기적으로 샘플을 제공해 최대 9년 동안 추적했다. 연구팀은 분자 무게와 전하에 따라 화합물을 분리하는 질량 분석 기술을 사용해 약 800개의 리피돔과 인슐린 저항성, 바이러스 감염, 노화 등의 연관성을 기록했다. 연구 결과 모든 사람의 리피돔이 시간이 지나도 안정적으로 유지되는 독특한 특성이 있지만, 특정 유형의 리피돔은 사람의 건강에 따라 예측 가능하게 변한다는 사실을 발견했다. 예를 들어, 목록에 있는 리피돔 중 절반 이상이 인슐린 저항성(신체 세포가 인슐린을 사용하여 혈액에서 포도당을 흡수할 수 없는 경우)과 연관되어 있으며, 이는 제2형 당뇨병으로 이어질 수 있다. 인슐린 저항성은 혈당을 측정해 진단할 수 있지만, 리피돔의 변화를 이해하면 작용 중인 생물학적 과정을 밝혀낼 수 있다. 제2형 당뇨병과 리피돔 이 연구의 공동 저자인 다니엘 호른버그(Daniel Hornburg) 박사는 "질병과 관련된 모든 분자는 메커니즘에 대한 더 많은 정보를 제공하고, 질병 진행에 영향을 미치는 대상으로 작용할 수 있다"고 말했다. 또한, 호흡기 바이러스 감염 과정에서 변동하는 200개 이상의 리피돔을 확인했다. 리피돔의 수준이 상승하고 하락함에 따라 초기 감염 시 체내 고에너지 대사 및 염증을 반영해 질병의 경과를 나타낼 수 있다. 인슐린 저항성을 가진 사람들은 감염에 대한 이러한 반응에서 일부 이상을 보였을 뿐 아니라 백신에 대한 약한 반응도 보였다. 인간의 노화는 사람에 따라 빠르게 진행되기도 하고, 느리게 진행되기도 하다 연구팀은 20~79세까지 참가자의 광범위한 연령 범위와 오랜 연구 기간을 통해 노화에 따라 리피돔이 어떻게 변하는지 확인할 수 있었다. 콜레스테롤과 같은 대부분의 리피돔이 노화에 따라 증가하지만 오메가-3 지방산을 포함한 일부 리피돔은 감소한다는 것을 발견했다. 게다가, 리피돔의 이러한 노화 징후는 모든 사람에게 동일한 속도로 발생하지 않는다. 예를 들어 인슐린 저항은 이러한 변화를 가속화 시키는 것으로 보인다. 공동 저자이자 스나이더 연구실의 또 다른 전 연구원인 시 우(Si Wu) 박사는 "리피돔 프로필은 흥미롭게도 개인이 생물학적으로 더 빨리 또는 더 느리게 노화가 진행되는 것을 예측할 수 있다"고 말했다. 또 일부 리피돔 그룹들이 항산화제로 알려진 세포 신호 전달에 관여하는 에테르 결합 포스파티딜에탈올아민(phosphatidylethanolamines)과 같은 특정 그룹의 리피돔과 건강의 연관성이 얼마나 일관되게 나타나는지를 관찰했다. 이는 건강을 모니터링하거나 새로운 식이 보충제를 섭취하는 데 도움이 될 수 있다. 앞으로 스나이더 연구팀은 이러한 조사에서 얻은 정보를 기반으로 특정 리피돔과 생활방식 변화 사이의 상관관계를 조사할 계획이다. 한편, 일상생활에서 노화를 늦추기 위해서 제일 먼저 균형잡힌 영양과 규칙적인 식사를 하는 것이 좋다. 또한 적게 먹는 소식과 규칙적인 운동, 충분한 수면도 노화를 늦추는 방법이 될 수 있다.
- 생활경제
2023-10-23 17:52:00
삼성바이오로직스, 미 FDA로부터 국내 공장 결함 지적 받아

미국 FDA가 삼성바이오로직스 인천 제조 시설에서 시설 유지 보수 미흡 등 다수의 문제점을 지적했다. 미국 의학전문 매체 피어스 파마(FIERCE Pharma)는 20일(현지시간) 이번 주 후반, 미국 식품의약국(FDA)은 제조 관련 결함으로 삼성바이오로직스와 인도의 넥타 라이프사이언스에 각각 제재를 내렸다며 삼성바이오로직스의 경우, 이는 회사의 눈부신 제조 실적에 드문 오점으로 여겨진다고 보도했다 FDA는 지난 8월과 9월에 삼성바이오로직스의 인천 제조 시설을 점검한 후, 데이터와 생산 통제, 기계 검증 부족, 시설 유지보수 미흡, 품질 통제 부족 등의 문제로 회사에 제재를 가했다. FDA의 조사관들은 삼성의 제조 과학 분석 기술(MSAT) 실험실이 응용 제출 테스트 데이터를 지원하는 데 "데이터 무결성에 대한 적절한 통제가 부족하다"고 지적했다. 삼성바이오로직스는 각 약물 응용에 대해 내부 데이터 무결성 평가를 완료했으나, "모든 테스트 데이터의 신뢰성을 절대적으로 확인할 방법이 없다"고 FDA 관리들은 밝혔다. 또 FDA는 삼성의 시설이 적절하게 유지 관리되지 않고 있다고 경고하면서 천장 포트가 이탈되고 문이 파손되었으며 적재 램프 도크의 씰이 누락되어 "해충이 시설로 유입 될 수있는 잠재적인 진입 지점"을 만들었다고 지적했다. 삼성은 FDA의 우려를 심각하게 받아들이고 있으며, FDA와 협력하여 제조 결함을 신속하게 해결하기 위한 종합적인 계획을 수립했다고 밝혔다. 회사 대변인은 이메일을 통해 "제품의 품질이나 환자의 안전에 영향을 미치지 않을 것"이라며 "우리는 준법을 매우 중요하게 생각하며, 가능한 한 빨리 모든 우려 사항을 해결하기 위해 최선을 다하겠다"고 밝혔다. 삼성바이오로직스는 최근 몇 년 동안 국내에서 엄청난 확장을 이루어왔으며, 인천에 있는 복합 시설에 18만리터의 용량을 추가할 최신 시설인 5번 공장의 건설을 시작할 준비가 되어 있다고 밝혔다. 삼성은 이 프로젝트에 1조9000억원을 투자할 계획이다. 한편, FDA는 지난 3월 2일부터 10일까지 인도 히마찰 프라데시에 위치한 넥타(Nectar)의 시설을 점검하고, 이 회사에 대한 규제 위반을 두 번 지적하는 483 형식의 관찰 결과를 발표했다. FDA는 넥타가 멸균 약품의 미생물 오염 방지를 위한 적절한 서면 절차를 마련하지 않았다고 지적했다. 더불어, FDA는 넥타가 무균 처리 영역에서의 환경 상태를 모니터링할 효과적인 시스템을 구축하지 않았다고 거듭 지적했다. FDA는 이전에 2014년에도 넥타의 공장에서 같은 종류의 문제를 발견했었으며, 이러한 반복된 실패는 의약품 제조에 있어서 경영진의 감독과 통제가 충분하지 않다는 것을 나타낸다고 말했다. FDA는 넥타가 앞으로도 미국 시장을 위한 의약품 생산을 계속하려면, 좋은 제조 관행에 대한 전문가의 조언을 구하는 것이 좋다고 권고했다.
- IT/바이오
2023-10-21 09:25:00
호주-캐나다 팀, 유해 광산 폐기물을 '건강한 토양' 변환

호주와 캐나다의 과학 엔지니어링 팀은 유해 광산 폐기물을 작물이 자랄 수 있는 건강한 토양으로 변환하는 방법을 찾아냈다. 캐나다 매체 굿뉴스네트워크는 호주와 캐나다 팀이 최근 광산 폐기물을 건강한 토양으로 변환해 이미 옥수수와 수수를 재배하는 데 사용하고 있다며 이같이 보도했다. '테일링(Tailings, 우리 말로 '광산 덤프' 또는 '광미'로 해석)'은 채굴한 광물에서 유용한 금속을 분리한 후 남은 광산 폐기물에 대한 공식 산업 용어다. 일반적으로 중금속에 의해 독성이 있고 그로 인해 다른 어떤 것에도 사용할 수 없는 테일링은 지하수나 농지를 오염시키지 않도록 저장시설에 보관된다. 퀸즈랜드 대학과 사스카처완 대학의 팀은 수천억 달러의 광산 폐기물 저장비용을 절약하고 시설들이 고장나거나 버려질 때 발생하는 재앙을 막으려는 목적으로 미생물을 이용해 테일링을 건강한 토양으로 변환할 수 있는 방법을 연구했다. 퀸즈랜드 대학의 롱빈 황(Longbin Huang) 교수는 "'테일링'에는 식물을 재배하기 위한 생물학적인 친화적인 특성이 없다. 뿌리와 물이 폐기물을 관통할 수 없으며, '테일링'의 용해성 염류와 금속은 식물과 토양 미생물을 죽일 수 있다"며 "자연이 천천히 '테일링'을 비옥한 토양으로 바꾸도록 기다린다면 수천 년이 걸릴 수 있다"고 설명했다. 황 교수 팀은 캐나다 광원(CLS, Canadian Light Source)을 사용하여 '테일링'을 토양 미생물을 이용해 식물을 재배하기 위한 환경으로 변화되는 과정을 가속화하는 방법을 발견했다. CLS는 원형 입자 가속기의 한 종류인 거대한 싱크로트론(synchrotron, 빛을 생성하고 그 빛을 이용하여 물질의 성질을 연구하는 장치)으로, 일련의 자석의 배열을 통해 하전 입자(전자)가 거의 빛의 속도에 도달할 때까지 가속화시키는 방식으로 작동한다. 과학자들은 CLS의 싱크로트론 빛을 사용하여 유기-광물 인터페이스를 개발하고 광미를 활성화할 수 있는 방법에 대한 자세한 메커니즘을 시각화할 수 있었다. 황 교수는 "우리는 SM 빔라인을 사용해 즉각적인 인터페이스와 광물의 변화, 유기물과 상호 작용하는 방식을 나노미터 규모로 밝혀야 했다"고 말했다. 그는 "시설 접근과 빔라인 직원 전문가들의 의견은 우리가 양질의 데이터를 수집해 신뢰할 수 있는 과학적 증거를 확보하는데 매우 중요했다"고 덧붙였다. 데이터를 통해 과학자들은 테일링에 식물 껍질을 첨가한 후에 광산 폐기물을 토양 미생물로 재식립하는 데 성공할 수 있었다. 이러한 토양 미생물은 일부 잔류 유기물과 광물을 소비해 토양 입자로 집합시킨다. 황 교수는 "토양 파편에는 미생물 활동이 있는 표면이 있으며, 밀집된 광산 폐기물에서 기공성을 형성하여 가스와 물에서 뿌리와 미생물이 생존할 수 있게 된다. 그로 인해 광산 폐기물의 죽은 광물 매트릭스가 식물이 자랄수 있게 하는 토양과 유사하게 된다"고 말했다. 황 교수 팀은 토양, 피톤치드, 광산 폐기물과 미생물을 사용해 한 번에 장벽을 넘는 방법을 제공했다. 데이터를 분석한 과학자들은 식물을 심은 후의 광산 토양에서 미생물이 성공적으로 재정착되었다는 것을 발견했다. 이 토양 미생물들은 특정 잔류물과 미네랄을 분해하며, 이 과정에서 토양 입자들을 뭉치게 만든다. 황 교수는 "토양 부스러기에는 미생물 활성 표면이 있어 일반 토양과 마찬가지로 가스, 물, 뿌리 및 미생물이 생존할 수 있는 다공성 구조를 광미에 형성한다"고 설명했다. 그는 "이렇게 변화된 광미는 기본적으로 식물이 자랄 수 있게 해주는 토양과 같은 매개체가 된다"고 말했다. 그는 "이 과정이 12개월 안에 이루어질 수 있으며 과도한 경작, 비료 남용이나 기후 변화로 인해 손상된 토양을 복원하는 데에도 사용될 수 있다"고 덧붙였다.
- 생활경제
2023-10-10 15:41:00
나노기술 적용된 획기적 여드름 치료제 개발

사춘기 청소년들의 가장 큰 고민인 여드름. 연고를 발라보고, 약도 복용해보고, 깨끗이 세안도 해 보지만 크게 나아지지 않아 애를 먹인다. 사춘기 청소년의 85%에서 발견되고, 후유증으로 흉터가 남기도 하는 여드름은 한국 청소년들만의 문제가 아니다. 전 세계적으로 약 8억명, 미국에서만 4500만 명이 여드름과 전쟁을 벌이고 있다. 과학기술 매거진 '뉴 아틀라스(NEW ATLAS)'는 「나노스케일(Nanoscale)」저널에 게재된 남호주 대학(University of South Australia) 연구팀이 개발한 나노 기술을 사용한 여드름 치료제에 대해 소개했다. 여드름의 원인은 여드름 미생물(Cutibacterium acnes)이라고 불리는 피부 박테리아의 과도한 증식으로 발생한다. 일종의 만성 염증질환으로 면포, 구진, 고름물집, 결절, 거짓낭 등의 병변이 나타난다. 연구팀은 여드름을 유발하는 박테리아를 제거하기 위해 미세바늘과 초음파를 결합한 나노 기술을 통해 피부 병원균에 치명타를 줄 수 있었다. 사람의 머리카락 굵기보다 5만 배 더 작은 부드러운 나노입자를 사용해 일반적으로 나라신(Narasin)으로 알려진 항균 화합물(항생제)를 여드름의 주요 발병 지점인 탈피지샘단위(Pilosebaceous unit)에 전달했다. 모낭과 모간, 피지선은 여드름 미생물(Cutibacterium acnes)이 번식하는 곳이다. 또한 현재의 경구 및 국소 약물은 다양한 성분이 혼합되어 장기간 사용하면 세균 내성이 발생할 수 있어 치료하기가 매우 어려운 것으로 알려졌다. 이번에 개발된 치료법은 새로운 항생제를 표적에 직접 전달함으로써 다른 방법보다 목적지에 도달하는 데 100배 더 효과적인 것으로 입증됐다. 파티마 아비드(Fatima Abid) 연구원은 "여드름에 처방되는 경구용 약물은 다양하지만 부작용이 많고, 물에 잘 녹지 않아 대부분의 환자와 의사는 국소 치료를 선호한다"고 말했다. 아비드의 연구팀은 돼지 귀 피부를 모델로 사용해 나노 스케일 전달 수단을 NAR[농업 분야에서 기생충 질병 콕시디아증(coccidiosis) 예방을 포함한 다양한 용도의 폴리에테르 항생제]로 알려진 나라신을 적용했다. 나라신(NAR)은 지난 1986년 처음으로 닭에 대한 사용이 승인됐다. 이전에도 항원충제, 항진균제와 항바이러스제 효능이 있는 것으로 나타났다. 여드름 치료제로 나라신이 연구된 것은 이번이 처음이며, 표적에 집중된 전달 방법과 함께 여드름 미생물이 약물 내성을 발생시킬 위험을 줄인다. 남호주 대학 약학 연구자이자 교수인 산자이 가르그(Sanjay Garg)는 "미셀 제형은 나라신을 여드름 목표 지점에 전달하는 데 효과적이었으며, 화합물 용액은 피부층을 통과하지 못했다"고 말했다. 현재까지는 여드름을 치료하기 위해 피지분비의 조절, 털집과다각질화의 교정, 여드름 미생물 집락수 감소, 염증반응 억제 등의 방법을 사용해 왔다. 이번 연구는 나노기술을 사람을 위한 치료법으로 발전시킬 수 있는 문을 열었다는 평가를 받고 있다.
- IT/바이오
2023-09-23 10:09:00
코로나19 후 '자연 치유' 움직임 확산

"자연의 흐름을 따라 살면, 대부분의 질병으로부터 멀어질 수 있다." 이는 일본 도치기현 나스가라스야마시 소재 국민건강보험 7합 진료소에서 활약 중인 혼마 신지로 박사의 주장이다. 코로나19 팬데믹을 겪은 사람들에게 혼마 박사의 메시지는 많은 공감을 얻고 있다. 올해 혼마 박사는 '많은 이론보다 한 가지 실천'을 중요시하며, 봄부터는 다른 사람들에게 의존하지 않는 삶을 추구하기 시작했다. 자연 치유를 추구하는 그의 주장에는 음식, 물, 그리고 전기와 같은 기본적인 것들을 스스로 준비하는 자급자족의 삶을 지향한다는 메시지가 담겨있다. 일본의 유명 매체 '겐다이(Gendai, 現代)'는 혼마 박사와의 인터뷰를 통해 "우리의 생활이 자연에 얼마나 부합하는지는 장내 미생물의 상태로 판단 가능하다"며 "코로나19 이후 강조되는 마스크와 백신보다 중요한 것은 이러한 자연의 흐름을 따르는 것"이라는 그의 견해를 전했다. 바이러스에 효과적인 '약'은 없다 혼마 박사는 자연 치유에 대해 이해하기 쉽도록 감기에 대한 비유를 들었다. "소아과 감기 환자가 최근 늘었다"고 입을 뗀 혼마 박사는 "대부분의 감기는 바이러스에 의해 발생한다. 하지만 바이러스를 직접 치료하는 특별한 약은 존재하지 않는다"며, 의사들이 처방하는 약들은 대부분 증상을 완화시키기 위한 것이라고 강조했다. 그의 주장에 따르면 감기 등의 증상은 약으로 조절되고, 환자 자신의 자연 치유력이 결국 감기를 치료한다는 것. 여기서 '감기'라는 단어를 '인플루엔자' 또는 '신종 코로나'와 같은 다른 전염병으로 바꿔도 비슷한 치료 효과가 나타난다. 즉, 의사가 약을 주지 않더라도 사람들은 자신이 가진 치유력으로 대부분의 경우 질병에서 자연스럽게 회복된다. 질병을 멀리하는 간단한 예방법 많은 사람들이 건강을 지키기 위해 약을 복용하거나, 올바른 식사나 운동에 주력하곤 한다. 하지만, 진정한 건강의 기반이 되는 것은 무언가를 과하게 하는 것이 아닌, 오히려 '절제'에서 시작된다. 신체의 본래 기능을 극대화하려면 일상을 가능한 한 자연스럽게 유지하는 것이 핵심이다. 더욱이, 우리 몸의 건강은 크게 장내 미생물에 의해 좌우된다. 이 미생물을 건강하게 유지하는 것이 질병에서 멀어지는 생명의 원칙이다. 자연에 가까운 생활을 추구하는 것은 물론 중요하지만, 그와 동시에 포괄적이고 장기적인 시각을 갖고 자신의 건강을 과신하지 않는 접근법도 필요하다. '스스로 주도하는 건강' 최근 몇 년 동안 우리는 신종 코로나 바이러스의 확산, 디지털화 시대의 급속한 진전, 그리고 AI(인공 지능)의 등장과 같은 극적인 변화들을 목격했다. 혼마 박사는 "이 기간 동안 수많은 교훈을 얻었으며, 변화하는 세상 속에서 어떻게 적응할 것인가에 대한 도전을 받았다"며 "팬데믹과 그것이 초래한 사회적 변화들로 인해 무엇이 중요한지 더욱 명확하게 되었다"고 밝혔다. 그 핵심은 다른 사람들에게 너무 의존하기보다는 자신이 주도해야 한다는 것이다. 코로나 감염이나, 발병과 병이 악화되는 것뿐만 아니라 심지어는 사망 여부는 바이러스 등 외적 요인 결정하는 것이 아니라, 바로 자신의 면역력에 따라 달라진다. 그럼에도 불구하고 지난 2~3년 동안 우리는 '사람 간의 접촉 최소화', '손소독', '마스크 착용', '백신 접종' 등 외부적인 대응 방안에 크게 의존했다. 이러한 조치들이 감염 예방에 기여한 것은 사실이지만, 자기 주도적 건강관리의 중요성을 잊어서는 안된다. 아울러 이러한 조치들이 우리의 면역력과 저항력을 약화시킬 수 있는 부작용도 있다는 점도 간과해서는 안 된다. 일본은 한때 '세계 최고'의 마스크 착용률과 예방 접종률을 자랑했으나, 이후에 코로나19 감염률이 높아지는 것을 막지 못했다. 거듭 강조하지만, 단순히 외부적인 조치에 의존하기보다는 자신의 면역력을 강화하는 것, 즉 '자기 주도적인 대응'이 가장 효과적이라는 것이 혼마 박사의 주장이다. '자연을 따라가며 살아가자'는 메시지는 혼마 박사의 지금까지의 활동을 통해 꾸준히 확산돼 왔다. 그가 추구하는 자급자족의 삶은 "자신을 중심으로 살아가는 방식"을 의미한다. 이것은 스스로 생각하고, 스스로 결정하며, 직접 문제에 대처하고 그 결과를 스스로 책임지는 것이다. 최근 혼마 박사는 이상적인 환경을 찾아내어 그곳으로 이사를 결정했다. 사토야마 지역에 위치한 60년 된 주택을 구입한 것. 그는 숲과 같은 환경에서 새들의 노래를 들으며 다양한 생물들의 생명력을 바로 옆에서 느낄 수 있는 평온한 장소라고 설명했다. 자연 속에서 깨달은 삶의 원칙 혼마 박사는 "이 땅에서는 자연과 조화롭게 생활하고, 다른 이들과의 교류를 활발히 추구하면서 현재 건강한 몸을 가진 것에 감사하고, 그 힘을 최대한 발휘하고 싶다"며, "자연과의 조화로운 삶은 세상을 넓은 시각으로 바라보게 해주며, 자급자족의 실천은 다양한 문제를 해결하는 첫 걸음이 될 수 있다"고 강조했다. 그는 "모든 사람들이 자연의 방식을 따라 자신만의 풍요로운 삶을 디자인하고, 그것을 실천해서 행복과 건강을 찾기를 바란다"라고 말했다. 혼마 박사는 "여러분 한 사람 한 사람이 자연에 따라 자신의 방식으로 쾌적한 삶을 생각하고 실천하며 행복하고 건강하게 살기를 바란다"며 "인간뿐만 아니라 동물, 식물, 미생물, 심지어 지구 자체에도 좋은 것이 건강에도 좋다. 그것이 바로 자연과 조화를 이루는 삶의 본질이다"라고 강조했다.
- IT/바이오
2023-09-22 15:05:00
폐수 분해해 전기 생산하는 대장균 개발

공장 폐수 속 유기물을 이용해 전기를 생산하는 날이 멀지 않았다. 스위스 연구팀이 대장균의 유전자 변형을 통해 폐수에서 자랄 수 있는 박테리아를 찾아냈다. 한국에서는 오폐수나 바닷물, 지하수 등을 정화하며 동시에 전기를 연속적으로 생산하는 분리막을 개발했다. 국제적인 주목을 받는 이 기술에 대해 일본의 온라인 매체 '기가진(Gigazine)'은 최근 스위스 연방 공과 대학의 논문을 인용, "이제 우리는 에너지를 사용하여 폐기물을 처리하는 것이 아닌, 폐기물 처리를 통해 에너지를 얻는 시대로 전환하게 될 것"이라고 전망했다. 스위스 연구팀을 이끄는 아르데미스 보고시안(Aldemis Bogosian) 교수는 일반 대장균의 유전자를 조작, 전기를 생산할 수 있는 '쉬와넬라 오나이덴시스(Shewanella oneidensis)'와 유사한 능력을 가진 박테리아를 개발하는 데 성공했다고 밝혔다. 이러한 연구 성과는 미래의 환경 보호와 지속 가능한 에너지 자원 확보 방안으로 큰 기대를 모으고 있다. 전기를 생산할 수 있는 능력을 지닌 박테리아가 탄생한다 해도 섬세하거나 특별한 먹이가 필요하고 번식에 많은 양의 에너지가 필요하면 실용적 가치가 떨어진다. 이에 연구팀은 스위스 로잔의 현지 맥주 양조장에서 폐수를 채취해 새로 개발한 대장균을 주입했다. 양조장 폐수에는 다량의 당분, 전분질과 맥주 효모 혼합물이 포함되어있어 그대로 흘려 버리면 미생물이 번식할 수 있다. 이에 양조장은 폐수를 배출하기 전에 곡물 세척과 탱크 세척 과정을 거친다. 보고시안은 "이것은 유기 폐기물을 처리하기 위해 에너지를 사용하는 것이 아니라, 유기 폐기물 처리와 동시에 전기를 생산하는 일석이조 시스템"이라며 "양조장 폐수로 실험했을 때 기존의 전기 미생물은 생존조차 할 수 없었지만, 우리가 개발한 전기 미생물은 폐기물을 먹고 비약적으로 증식할 수 있었다"고 말했다. 이번 연구의 응용 범위는 단순한 폐기물 처리에 그치지 않는다. 유전자를 조작한 대장균의 특징 중 하나는 다양한 물질로부터 전기를 생성할 수 있다는 점이다. 이는 미생물 연료 전지, 바이오센싱 등 여러 분야에서의 활용 가능성을 시사한다. 논문의 주저자인 모하메드 모지부는 박테리아 기반의 생체 전기 에너지 분야에 대한 기대감을 전하면서도, "기업들은 이 기술의 상용화를 위해 더 이상 기다릴 수 없다"며 아쉬워했다. 한편, 한국 기업인 SK에코플랜트는 폐수 처리를 위한 전기화학적 정화 기술의 실용성을 테스트하고 있다. 이 방법은 오염된 폐수에 전류를 가해 정화하는 방식으로 진행된다. 더불어 한국과학기술원은 동국대와 협력해 커피 찌꺼기를 활용, 중금속을 제거하는 필터의 개발에 성공했다. 또한, 한국생명공학연구원은 양돈 농가의 폐수를 희석 과정 없이 직접 정화하면서 동시에 폐수 내의 미생물을 효과적으로 관리하는 미세조류 기술 개발에 성공했다고 밝혔다. 최근 한국과학기술원(KIST)은 명지대학교 신소재공학과와 손을 잡고, 오폐수와 바닷물, 지하수와 같은 다양한 물 자원을 효과적으로 정화하며 동시에 전기를 지속적으로 생산할 수 있는 분리막 기술을 개발했다. 이처럼 세계 여러 나라의 연구팀과 기업들은 박테리아와 같은 친환경 에너지 생산이 가능한 방식으로 오폐수 정화 기술 개발에 적극 나서고 있다.
- IT/바이오
2023-09-22 10:42:00
플라스틱 먹는 '효소' 연구 활성화⋯고비용 과제

플라스틱을 먹는 효소가 개발이 활성화돼 폐플라스틱 처리에 힘을 보탤 전망이다. 환경오염 주범으로 꼽히는 지구를 뒤덮은 폐플라스틱을 재활용하기 위해 수 많은 연구팀들은 다양한 해결책을 찾고 있다. 특히, 벌집나방 애벌레와 같은 생물학적 자원 활용은 소각이나 매립보다 환경친화적으로 플라스틱을 처리하는 유용한 도구가 될 수 있다. 미국 생화학·분자 생물학 매거진 'ASBMB 투데이'에 따르면, 스페인 생물학자 페데리카 베르토치니(Federica Bertocchini)는 약 10년 전 벌집나방의 애벌레가 플라스틱의 일종인 폴리에틸렌을 먹어 치운다는 사실을 발견했다. 폴리에틸렌은 플라스틱 용기 등을 만드는 데 흔하게 이용되지만, 잘 분해 되지 않는 특성이 있어 폐기가 어렵다는 단점이 있다. 최근 과학자들은 매립지나 자동차폐차장 등을 찾아다니면서 플라스틱을 분해할 수 있는 유기체를 찾고 있다. 이를 채취해 플라스틱의 구성 요소를 회수하는 효율적인 방법을 찾길 기대하고 있는 것. 이후 새로운 재료를 조합해 ‘무한 재활용’이 가능하도록 한다는 계획이다. 영국 포츠머스대 효소혁신센터 존 맥기한(John McGeehan)은 "놀랍게도 전 세계의 수백 개 그룹과 수천 명의 과학자들이 이 문제를 연구하고 있다"고 설명했다. 폐플라스틱, 환경오염 주범 플라스틱은 1950년대 들어 본격적으로 생산됐고 생산량도 급증했다. 매년 약 4억6000만 톤에 가까운 플라스틱이 생산되는 것으로 추정된다. 하지만 이렇게 생산된 플라스틱은 아쉽게도 소각하거나 매립지에 묻히고 있다. 플라스틱은 지구상의 심해나 극지방을 비롯해 비를 타고 내려오거나, 심지어 태반이나 모유, 사람의 혈액에서도 흔적이 보고 되는 등 우리 눈에 보이지 않는 구석구석까지 침투했다. 이처럼 플라스틱은 건강과 환경 문제와 직접 연결되어 있다. 그럼에도 수요는 줄어들지 않고 있으며, 생산량은 오는 2050년까지 10억 톤을 넘길 것으로 예상된다. 플라스틱은 가볍고, 형태를 잡기 쉬운 특성 때문에 이를 대체할 마땅한 소재가 없기 때문이다. 현실적으로 모든 플라스틱을 교체하거나 재활용할 수 없다는 점에서 차선책은 덜 만드는 것이다. 또 약 9%에 불과한 전 세계 플라스틱 재활용률을 높이는 것이 과제다. 하지만, 재활용 과정에서 유해한 화학물질을 흡수할 수 있으며, 수천 가지의 플라스틱 유형에는 각각 고유한 구성과 화학 첨가물이나 착색제가 들어 있어 대다수는 재활용할 수 없는 것이 문제다. 효소 재활용 회사 버치 바이오사이언스(Birch Biosciences) 공동 창립자이자 합성 생물학자인 요한 커스(Johan Kers)는 "우리는 심각한 플라스틱 순환성 문제를 안고 있다"며 "알루미늄과 종이 등은 재활용할 수 있지만 플라스틱 재활용은 힘들다"고 지적했다. '자연'에서 착안한 '효소' 주목 캘리포니아대학교 버클리 캠퍼스 고분자 과학자 팅 쉬(Ting Xu)는 "효소를 통한 접근법은 폐플라스틱을 폐기물의 원천이 아닌 귀중한 자원으로 전환시킬 수 있다"고 설명했다. 이미 1970년대에 플라스틱을 먹는 효소에 대한 연구가 시작됐다. 그러다가 2016년 일본 과학자팀이 사이언스 학술지에 플라스틱을 먹는 획기적인 박테리아의 새로운 변종에 대한 논문을 발표하면서 효소 연구에 다시 불을 지폈다. 교토공과대학 미생물학자 코헤이 오다(Kohei Oda)가 이끄는 연구팀은 이데오넬라 사카이엔시스(Ideonella sakaiensis) 201-F6이라고 불리는 미생물이 음료수병과 섬유에 널리 사용되는 폴리에스터인 PET 플라스틱을 주요 에너지와 식품 공급원으로 사용한다는 사실을 발견했다. 그 이후로 과학자들은 독일 라이프치히 묘지의 퇴비 더미, 그리스 하니아(Chania) 해변 등 전 세계 여러 장소에서 플라스틱을 먹는 미생물을 발견했다. 그리고 바다, 북극 툰드라 표토, 사바나 및 다양한 숲을 포함한 환경에서 자유롭게 떠다니는 DNA에서 발견된 2억 개 이상의 유전자에 대한 대규모 분석을 통해 플라스틱 분해 가능성이 있는 3만 개의 다양한 효소가 있다는 것을 찾아냈다. 맥기한은 콜로라도를 포함해 다른 지역의 국립 재생 에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory)의 동료들과 함께 이데오넬라 사카이엔시스의 플라스틱 섭취 능력을 담당하는 두 가지 효소를 조작해 성능을 높이고 연결해 플라스틱을 분해할 수 있는 효소 칵테일을 만들었다. 그 결과 이전보다 6배 더 빠르게 PET를 분해할 수 있었다. 최근 과학자들은 인공지능(AI)을 사용해 플라스틱을 더 빠르게 해중합[해중합은 유색 페트(PET)병이나 폴리에스터 섬유 등 플라스틱 분자를 화학적으로 분해하는 기술]하고, 표적 기질에 대해 덜 까다롭고, 더 높은 온도를 견딜 수 있는 효소를 찾아내고 있다. 초기 데이터에 따르면 생물학적 효소를 이용한 재활용은 플라스틱을 새로 만드는 것보다 탄소 배출량이 더 적은 것으로 알려졌다. 탄소와 산소가 얽혀 있는 PET 재활용 플라스틱은 생물학적 재활용에 가장 적합하다. 영국 포츠머스 대학교의 분자 생물물리학자 앤디 픽포드(Andy Pickford)는 이 물질이 '일종의 아킬레스건'이라고 말했다. PET은 탄소가 산소와 얽혀 있다. 직물과 음료수병에서 흔히 발견되며 매년 생성되는 플라스틱의 약 5분의 1을 차지하는 PET는 생물학적 재활용 업체들 사이에서 인기 있는 대상이자 상업적으로 이용 가능한 제품이기도 하다. 실제로 프랑스 회사 카르비오(Carbios)는 연간 5만 톤의 PET 폐기물을 재활용하는 것을 목표로 2025년 프랑스 북부에 바이오 재활용 공장을 열 계획이다. 호주에 본사를 둔 삼사라에코(Samsara Eco)는 2024년 멜버른에 PET에 초점을 맞춘 2만 톤 규모의 재활용을 계획하고 있다. 플라스틱 유형을 연구하고 있는 픽퍼드(Pickford)는 "PET와 유사한 화학적 구성을 가진 폴리아미드와 폴리우레탄도 본질적으로 효소에 의해 분해되기 쉬워 효소 재활용의 유망한 대상"이라고 말했다. 삼사라에코는 합성 폴리아미드의 일종인 나일론을 연구하고 있다. 지난 5월 버려진 옷으로 '세계 최초의 무한 재활용' 나일론-폴리에스테르 의류를 생산하기 위해 인기 운동복 브랜드 룰루레몬(Lululemon)과 다년간의 파트너십을 발표했다. 아직은 연구가 미진하지만 연구원들은 폴리우레탄을 분해하는 미생물에 대해서도 연구 중이다. '슈퍼웜' 유충 활용 기술 향상 효소 재활용은 순수 탄소 골격을 가진 플라스틱의 경우 전망은 흐리다. 비닐봉지를 만드는 데 사용되는 폴리염화비닐(PVC), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리스티렌 및 폴리에틸렌을 포함하는 제품은 기름기가 많아 투입된 효소를 붙잡을 수 없기 때문이다. 그런데 페데리카 베르토치니는 데메트라(Demetra)와 세레스(Ceres)라는 이름을 붙인 왁스 벌레 타액에서 플라스틱 분해 효소를 확인했다. 이 효소는 탄소 골격에 산소를 주입해 실온에서 몇 시간 내에 폴리에틸렌을 분해하는 것으로 나타났다. 폴리스티렌을 연구하는 호주 퀸즈랜드 대학교의 미생물학자 크리스 린케(Chris Rinke) 박사는 '슈퍼웜(Superworm)'이라고 불리는 미국왕딱지벌레(Zophobas morio) 유충을 발견했다. 플라스틱을 기계적으로 작은 조각으로 파쇄하고 산소 원자를 투입해 '노화'한 다음 특수 기술을 사용해 해당 조각을 해중화하는 두 가지 과정을 통해 폴리스티렌을 분해한다. 린케 박사는 "곤충에서 발견되는 효소가 열쇠를 쥐고 있을 수 있다"고 말했다. 반면, 일부 전문가들은 생물학적 재활용 전망에 대해 낙관적이지 않다. 픽포드는 "아직 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PVC와 같은 폴리올레핀이 대규모 효소 재활용을 위한 현실적인 목표가 될 것이라고 확신하지 못했다"며 "이런 경우 재활용이 가능한 새로운 플라스틱을 만드는 방향으로 전환하는 것이 더 현실적"이라고 말했다. 한국의 경우, 2020년 포스텍의 차형준 교수 팀은 '산맴돌이거저리(Plesiophthalmus davidis)'라고 불리는 검은 딱정벌레의 유충에서 폴리스티렌 소화 능력을 부여한 장내 세균인 '세라티아 폰티콜라(Serratia Fonticola)'에 대해 보고했다. 또 다른 그룹은 PLA를 포함한 특정 유형의 생분해성 플라스틱을 분해할 수 있는 두 가지 저온 적응성 곰팡이 균주[고산 토양과 북극 해안에서 분리된 라크네룰라(Lachnellula)와 네오데브리에시아(Neodevriesia)]를 발견했다고 보고했다. 하지만 효소를 활용하는 프로세스를 확장하는 것이 얼마나 쉬울지, 그리고 확장된 환경이 어떤 모습일지는 불분명하다. 한편, UN은 오는 2024년 세계 최초의 글로벌 플라스틱 오염 조약을 만들 예정이다. 플라스틱 오염을 억제하는 것을 목표로 하며, 특히 재활용을 더 쉽게 하기 위해 플라스틱 제품의 생산 과 설계에 대한 새로운 규칙을 도입할 것으로 예상된다. 다음 해에는 워싱턴과 캘리포니아, EU에서 플라스틱 용기와 음료수병 재료의 25%를 재활용 플라스틱으로 규정하는 법률이 시행될 예정이다. 그러나 추가적인 변화와 인센티브가 없다면 이러한 노력은 물거품이 될 수도 있다는 지적이다. 화석 연료의 저렴한 가격으로 인해 순수 플라스틱이 저렴하게 유지되는 한 생물학적 효소 활용은 비용 면에서 경쟁력이 없기 때문이다. 맥기한은 "과거 석유 및 가스 산업이 혜택을 누렸던 방식으로 PET 또는 기타 생분해성 공정에 인센티브를 부여해야 한다"며 "생물학적 재활용 기술이 향상되면 새로운 플라스틱과 경쟁할 수 있을 만큼 비용면에서 효율적일 것"이라고 강조했다. 그럼에도 그는 "효소가 전체 플라스틱 문제를 해결하지 못하지만 이제 막 첫 걸음을 뗐다"며 향후 발전에 기대감을 드러냈다.
- IT/바이오
2023-09-21 08:48:00
美 미시간 주립대, 생분해성 플라스틱 대체재 개발

미국 미시간 주립대학교의 연구원들이 퇴비화하기 쉬운 새로운 생분해성 플라스틱 대체재를 개발했다. USA투데이에 따르면 이 대학 포장학부 연구팀은 8월 초 동료 심사를 거친 ACS 출판 저널에 가정과 산업 환경 모두에서 퇴비화가 가능한 바이오 기반 폴리머 블렌드를 개발했다고 게재했다. 이 연구팀은 10년 넘게 포장재에 사용되어 온 폴리락트산(PLA)을 연구했다. PLA는 석유 대신 식물성 당분을 사용하여 물, 이산화탄소, 젖산으로 분해된다. 고온의 산업용 퇴비기에서 분해 가능 하지만 PLA는 고온의 산업용 퇴비기에서만 분해될 수 있으며, 가정용 퇴비기에서는 분해되지 않는 단점이 있다. 산업용 퇴비기에서도 PLA가 단 시간에 완전히 분해되는 것은 아니다. 연구자들은 산업용 퇴비 환경에서 미생물에 의해 PLA가 분해되기 시작하기까지 최대 20일이 걸릴 수 있다고 말했다. 이 과정을 가속화하기 위해 연구팀은 '열가소성 전분'이라고 불리는 것을 PLA에 혼합했다. 이 탄소 기반 전분은 퇴비 속 미생물이 바이오 플라스틱을 더 쉽게 분해하도록 도와준다. 연구원들은 열가소성 전분을 첨가해도 PLA의 강도, 투명도와 같은 품질이 손상되지 않고 유지된다고 말했다. 또한 이 바이오 플라스틱은 음식물 찌꺼기와 함께 퇴비화할 수 있다. 즉, 일회용 용기나 컵에 담긴 음식이나 음료를 따로 버리지 않아도 함께 분해된다. 이 연구는 퇴비화 가능한 바이오 기반 플라스틱 포장이 가능하다는 것을 보여 주지만, 실제로 적용하기에는 어려움이 있을 것으로 예상된다. 연구팀을 이끈 라파엘 아우라스는 "사실 많은 산업 퇴비화 업체는 여전히 PLA와 같은 바이오 플라스틱을 받아들이는 것을 꺼리고 있다"고 지적했다. 생분해 플라스틱 연구 사례 지난달 워싱턴 대학의 한 연구팀은 '스피룰리나'라고도 알려진 청록색 남조류 세포로 가정용 퇴비통에서 바나나 껍질이 분해되는 것과 같은 시간 안에 분해되는 바이오 플라스틱을 만들었다고 발표했다. 그보다 앞서 2021년 캘리포니아 버클리 대학교는 연구진이 생분해성 플라스틱을 더 빨리 분해할 수 있는 방법을 발명했다고 밝혔다. 연구진은 퇴비화 과정에서 발생하는 열과 물 등의 조건에서 플라스틱이 분해되는 데 도움이 되는 폴리에스테르를 먹는 효소를 바이오 플라스틱 자체에 삽입했다. 그렇지만 이같은 연구 결과가 우리가 쓰레기를 함부로 버려도 괜찮다는 것을 의미하는 것은 아니다. 연구팀은 퇴비화할 수 있는 플라스틱은 어떤 조건에서도 무조건 생분해된다는 것은 일반적인 오해라며 우려했다. 아우라스는 "우리가 생분해성 물질을 개발했기 때문에 사람들이 쓰레기를 함부로 버릴 수 있다고 생각하면 문제가 더 악화될 것"이라고 말했다. 그러면서 아우라스는 "생분해성 바이오 플라스틱은 빨대나 물병과 같은 일회용 플라스틱으로 인한 폐기물을 줄일 수 있다"면서 이번 연구가 플라스틱 폐기물을 줄이기 위한 전 세계적인 노력에 기여할 수 있기를 희망한다고 말했다.
- 생활경제
2023-08-27 14:44:00