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온실가스 주범 메탄·아산화질소 동시 제거 습지 미생물 발견

유전체 분석 통해 저산소 환경에서 작동하는 매커니즘 규명

온실가스(Greenhouse gas: GHGs)의 증가로 인해, 지구 평균 온도가 10년마다 0.2°C씩 상승하고 있다. 이러한 온실가스 증가는 주로 인간 활동의 결과로, 농업 및 폐기물 처리 과정에서 주로 발생한다. 이 과정에서 물질순환 미생물이 온실가스의 발생 및 제거에 중요한 역할을 하고 있다. 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)는 비이산화탄소 온실가스 중의 가장 중요한 온실가스다.

메탄산화균의 생장을 위해서 산소가 반드시 필요하다고 알려져 있지만, 메탄산화균이 습지, 논, 산림 토양, 지열 서식지와 같은 저산소, 심지어 혐기적 환경에서도 종종 높은 비율로 관찰됐다. 유전체 연구를 통해 아산화질소 환원효소를 가지는 메탄산화미생물이 존재함을 발견했다.

메탄산화미생물이 혐기성 조건에서 아산화질소를 산소 대신 호흡에 이용해 대기 질소로 환원시키면서 성장할 수 있다면, 혐기성 혹은 저산소 생태계에서의 메탄산화미생물의 생존을 설명할 수 있다.

단일 미생물이 메탄과 아산화질소를 동시에 제거할 수 있다면 온실가스 감축과 관련해 다양한 분야에서 활용가능성이 높다. 또한, 메탄산화미생물의 혐기성 생태계에서의 생존 메커니즘을 활용하면, 환경에서의 적응력을 증가시켜 자연생태계의 메탄감축 기술에 활용할 수 있다.

온실가스 주범 메탄·아산화질소 동시 제거 습지 미생물 발견 - 산업종합저널 동향
자료제공=충북대학교 이성근 교수

한국연구재단은 이성근 교수 연구팀이 습지에서 서식하는 메탄산화 미생물이 아산화질소 제거 능력을 갖추고 있음을 확인하고, 그 원리를 규명했다고 밝혔다.

메탄과 아산화질소는 이산화탄소보다 각각 25배, 298배 높은 온실효과를 발생시키는 대표적인 온실가스다. 자연에서 호기성 미생물이 메탄을 이산화탄소로 산화하고, 혐기성 미생물이 아산화질소를 대기 질소로 환원하면 온실효과가 사라진다.

연구팀은 습지 및 극한 환경에서 서식하는 메탄산화 미생물의 유전체를 분석해 아산화질소 환원에 관여하는 유전자를 발견했다. 또한 실험을 통해 메탄산화 미생물이 혐기성 조건에서 산소 대신 아산화질소를 호흡에 이용해 성장할 수 있음을 입증했다. 이를 통해 낮은 산소 조건에서도 습지 미생물에 의해 메탄의 산화와 아산화질소의 환원이 동시에 일어날 수 있음을 밝혔다.

이성근 교수는 "이번 연구에서 규명한 미생물의 특성을 이용하면 자연·인공 생태계에서 발생하는 메탄 및 아산화질소 감축 기술 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다"라고 밝혔다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구 사업의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)'에 5월 18일 게재됐다.


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