미세조류, 광합성 세균 등과 함께 광합성 미생물에 속하며, 남조류(blue-green algae) 또는 남세균으로 명명되는 시아노박테리아(cyanobacteria)는 이산화탄소의 저감과 항암물질, 항생물질 등 고부가가치를 지닌 의약 활성 물질을 생산할 수 있는 가능성 외에도 바이오에너지로 전환될 수 있는 가능성을 지니고 있다.(GTB2007110076, 참조URL2)
새롭게 발견된 미생물이 에탄올과 바이오연료로 전환시킬 수 있는 셀룰로오스(cellulose)를 생산한다고 미국 텍사스 주립 대학교(University of Texas) 연구진이 밝혔다. 연구를 주도한 R. Malcolm Brown Jr. 교수와 David Nobles Jr. 박사는 글루코오스(glucose)와 자당(sucrose)을 분비하는 시아노박테리아를 개발했다. 글루코오스와 자당 같은 단당류는 에탄올 생산에 이용되는 주요 원료이며, 시아노박테리아는 셀룰로오스와 당을 생산하여 에탄올과 바이오연료로 전환하는 미생물이다.
Nobles는 시아노박테리아가 에탄올과 디젤 연료에 이용되는 당을 제공하는 매우 저렴한 원료가 될 가능성이 있다고 지적했다. 연구진이 개발한 시아노박테리아는 인간 소비 또는 농작물에 부적당한 염수(salty water)를 이용하여 비경작지에 위치한 생산 설비에서 배양될 수 있다.
연구진이 밝혀낸 새로운 결과는 다음과 같다.
① 새로운 시아노박테리아는 당과 셀룰로오스를 분비하고 생산하기 위한 에너지원으로 일광을 사용한다.
② 글루코오스, 셀룰로오스, 자당 등은 시아노박테리아를 파괴하거나 해치지 않고 지속적으로 얻을 수 있다.
③ 대기 중 질소를 고정할 수 있는 시아노박테리아는 석유 기반의 비료의 주입 없이 배양될 수 있다.
연구진은 새로운 시아노박테리아를 다산의 셀룰로오스 생산자로 알려진 비광합성 박테리아인 Acetobacter xylinum으로부터 셀룰로오스를 만드는 유전자 조합을 이용하여 만들었다. 새로운 박테리아는 상대적으로 쉽게 글루코오스로 분해될 수 있는 젤 타입의 순수한 셀룰로오스를 생산한다.
식물로부터 얻는 셀룰로오스의 문제는 리그닌과 다른 화합물의 혼합과 단단한 결정 구조 때문에 분해가 어렵다는 데 있다고 Nobles는 밝혔다. 새로운 박테리아의 장점은 이외에도 미생물로부터 직접 얻을 수 있는 다량의 글루코오스, 자당, 당 등을 분비한다는 점이다.
목질계 에탄올(cellulosic ethanol)과 바이오연료에 소요되는 막대한 비용은 셀룰로오스를 분해하기 위하여 기계적인 방법과 효소를 사용하기 때문이며, 시아노박테리아의 이용은 이러한 고가의 공정을 제거할 수 있다고 Nobles는 지적했다.
미국에서 에탄올 생산에 이용되는 자원은 스위치그래스, 나무(셀룰로오스), 옥수수(글루코오스), 사탕수수(자당) 등이다. 조류(algae) 역시 바이오디젤 생산을 위해 개발 중이다.
Brown은 에탄올 제조에 시아노박테리아를 이용하는 주요 이득은 연료 전환을 위하여 전용되는 농경지 이용을 줄이고 삼림에 주어지고 있는 압력을 줄이는 데 있다고 지적했다. 연구진은 미국 전체 수송 분야에 요구되는 연료를 생산하기 위하여 옥수수로부터 생산되는 에탄올 수요에 충당하는 농경지를 820,000 square miles로 추산했으며, 이 양은 중서부 지역 전체에 상응하는 것이다.
실험실 규모의 실험에서 광생물반응기(photobioreactor)는 생산성을 17배 향상시킬 수 있다는 사실을 보여 주었다. 광생물반응기는 능률적이며 비용 효율적인 공정이 가능하여 생산성을 개선하고, 성장 조건을 최적화하기 위하여 밀폐된 생산 시스템에서 시아노박테리아를 배양할 수 있다.(본문+GTB2007110076)
만약 이 방안이 대규모로 실행될 수 있다면 옥수수 재배 면적의 단 3.5%를 이용하여 시아노박테리아 바이오연료(cyanobacterial biofuel)를 생산할 수 있다. 뿐만 아니라 시아노박테리아 바이오연료는 연소 시 이산화탄소 배출이 없는 청정에너지를 생산할 수 있다.
미국은 이미 기존의 식량 작물을 이용한 바이오연료 개발에서 벗어나 미생물을 활용하는 바이오연료 개발에 대대적인 지원을 아끼지 않고 있다. 시아노박테리아의 바이오연료 생산의 장점은 ① 비용 효율적인 공정, ② 농경지 사용의 최소화, ③ 바이오연료 공급에 따른 식량 작물 부족 문제의 해소 ④ 바이오연료 생산성 향상 등으로 요약된다. 연구진이 제시한 새로운 연구 결과는 시아노박테리아의 가능성을 충분히 각인시킬 만 하다. 이러한 연구를 발판으로 삼아 제2, 제3의 시아노박테리아를 활용할 수 있는 미래를 기대해 본다.(기사작성자 의견)
http://www.eurekalert.org/ 제공: kisti, 다른기사보기기사등록일시 : 2008.04.27 20:04
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