온실가스 메탄을 작물생장 돕는 호르몬으로
온실가스 메탄을 작물생장 돕는 호르몬으로
  • 한국연구저널
  • 승인 2021.10.12 15:58
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메탄자화균 대사공학적 개량 통해 메탄에서 식물 생장호르몬 합성 유도
Ⓒgettyimagesbank
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메탄은 이산화탄소와 더불어 대표적인 온실가스이다. 메탄은 대기상에 낮은 농도로 존재하고 있지만, 이산화탄소보다 지구온난화 잠재력이 84배 더 높아, 지구온난화 발생 원인의 약 15~20%를 차지하고 있어 이산화탄소에 이어 두 번째로 높다. 또한, 지구상에서 매년 대기 중으로 약 6억 톤의 메탄이 배출되는 것으로 알려져 있고, 인간의 활동과 관련된 인위적 배출이 약 60%를 차지하고 있다. 주로 에너지 생산, 농업, 폐기물 처리 과정 등에서 발생하고 있다.

2021917일 기후·에너지 관련 주요 경제국 포럼(MEF) 회의에서 바이든 미국 대통령은 EU, 한국과 함께 2030년까지 2020년 대비 메탄가스를 최소 30% 감축한다는글로벌 메탄 공약(Global Methane Pledge)”을 발표하였다. 이로써 본격적인 메탄가스 감축이 시작되었으며 한국도 메탄 감축에 참여를 서약하여, 이에 대한 방안 마련이 요구되고 있다.

국내에서도 에너지 관련 산업에서 메탄이 가장 많이 발생하고 있다. 농업이 두 번째인데, 매년 축산에서 약 8백만 톤, 벼재배에서 약 6백만 톤이 발생하는 등 약 2,000만 톤 넘게 배출되고 있다. 이러한 상황에 발맞춰 온실가스 메탄을 탄소 자원으로 활용하여 유용한 물질로 전환하는 바이오 메탄 전환 기술이 최근 한국, 미국, 유렵 등에서 관련 기술 개발이 시도되고 있다. 메탄 바이오전환에 유일하게 활용할 수 있는 미생물이 메탄자화균(Methanotrophs)이다.

 

이에 이은열 교수(경희대학교) 연구팀은 농업 분야에서 배출되는 메탄을 식물 성장호르몬으로 전환할 수 있는 친환경 미생물비료 플랫폼 기술을 개발했다.

 

메탄을 탄소원이자 에너지원으로 사용하는 메탄자화균은 상온·상압 조건에서 메탄을 알코올, 유기산, 올레핀 및 바이오 폴리머 등의 고부가가치 산물로 전환할 수 있는 미생물로 실제 단백질 사료 등에 활용되고 있다. 하지만 식물성장호르몬으로 전환할 수 있도록 한 시도는 이번이 처음이다.

연구팀은 메탄자화균의 대사경로를 개량하여 대기 중 메탄을 식물의 성장과 뿌리내림을 돕는 호르몬으로 전환할 수 있도록 설계했다. 메탄자화균이 메탄을 아미노산인 L-트립토판으로 소화하는 대사 경로를 재구축하여 트립토판 생산성을 높이고 나아가 이를 다시 식물호르몬인 인돌아세트산으로 전환할 수 있도록 한 것이다.

실제 이렇게 만들어진 메탄자화균이 포함된 미생물 비료를 처리한 밀 종자의 발아된 새싹 신장률과 뿌리 신장률이 대조군에 비해 각각 2배와 3.6배로 높아진 것으로 나타났다.

 

■ 메탄을 작물생장 촉진 호르몬으로 전환하는 메탄자화균 미생물비료 개념도 ■
메탄을 작물 생장에 도움을 주는 식물호르몬으로 바로 전환하는 미생물비료 플랫폼 기술 개발에 대한 개념도
[그림설명 및 그림제공 : 경희대학교 이은열 교수]

이번 연구성과는 지속가능한 미래를 위해 인류가 직면해야 하는 주요 과제 중 하나인 인위적 활동에 의한 메탄 배출을 최소화하면서, 점점 더 가혹해지는 환경에서 작물 수확량을 높이는데 기여할 수 있을 것으로 기대하게 만든다.

이은열 교수는 남은 과제는 유전자 재조합 미생물비료 사용에 대한 규제로, 환경이 잘 제어되는 제한된 공간에서 메탄자화균 미생물 비료의 효과를 검증하는 필드 테스트 연구가 필요하다라고 밝혔다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 C1 가스리파이너리 사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 화학공학 분야 국제학술지화학공학저널(Chemical Engineering Journal)’920일 게재(온라인)되었다.

 


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