[기후변화] 온실가스 주범 메탄·아산화질소 동시에 제거하는 습지미생물 발견

유전체 분석 통해 저산소 환경에서 작동하는 매커니즘 규명

주요 온실가스인 메탄(CH4)* 과 아산화질소(N2O)**를 동시에 분해하는 습지미생물이 발견

 

* 메탄(CH4): 탄소와 수소로 이루어진 알케인 화합물로, 자연에서 혐기성 미생물에 의해 생성되며 이산화탄소보다 약 25배 강력한 비이산화탄소 온실가스
** 아산화질소(N2O): 지구 대기 중에서 이산화탄소보다 약 298배 더 강력한 비이산화탄소 온실가스로, 자연에서 질산화 및 탈질 미생물 대사의 부산물로 생성

환경생태계에서의 단일 미생물에 의한 메탄산화 및 아산화질소환원

□ 한국연구재단은 이성근 교수(충북대학교) 연구팀이 습지에서 서식하는 메탄산화미생물이 아산화질소 제거 능력을 갖추고 있음을 확인하고, 그 원리를 규명했다고 밝혔다.

 

□ 메탄과 아산화질소는 이산화탄소보다 각각 25배와 298배 높은 온실효과를 발생시키는 대표적인 온실가스이다.

 

□ 자연에서 호기성* 미생물이 메탄을 이산화탄소로 산화하고, 혐기성** 미생물이 아산화질소를 대기 질소로 환원하면 온실효과가 사라진다.

 

* 호기성: 공기 또는 산소가 존재하는 조건에서 자라고 또는 살 수 있는 성질.
** 혐기성: 산소를 싫어하거나 산소가 없는 상태에서 생명활동을 할 수 있는 성질.

 

○ 일반적으로 미생물에 의한 메탄의 산화는 산소가 있는 조건에서,  아산화질소의 환원은 산소가 없는 조건에서 발생한다.

특수 박테리아가 공기 중 유해 가스를 줄이는 데 어떻게 도움이 되는지 보여줍니다. 습지에 사는 작은 박테리아가 나쁜 가스를 먹어 치워 공기를 정화하는 방법을 알려주는 그림을 상상해 보십시오. 식물이 공기를 정화하는 것처럼 이 박테리아도 지구를 너무 따뜻하게 만들 수 있는 가스를 빨아들여 도움을 줍니다. 왜 중요한가요? 이 박테리아들이 어떻게 작용하는지 이해하면 과학자들이 지구를 건강하고 안전하게 지킬 수 있는 방법을 찾는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 박테리아를 연구함으로써 우리는 환경을 보호하고 숨쉴 수 있는 깨끗한 공기를 확보하는 방법을 배울 수 있습니다.

 

○ 하지만 메탄산화균이 습지, 논, 산림 토양, 지열 서식지와 같은 저산소, 심지어 산소가 없는 혐기적 환경에서도 자주 관찰되어 연구자들에게 수수께끼로 여겨졌다.

 

□ 연구팀은 습지 및 극한 환경에서 서식하는 메탄산화미생물의 유전체를 분석하여 아산화질소 환원에 관여하는 유전자를 발견하였다.

 

○ 또한 실험을 통해 메탄산화미생물이 혐기성 조건에서 산소 대신 아산화질소를 호흡(환원)에 이용하여 성장할 수 있음을 입증하였다.

 

○ 이를 통해 낮은 산소 조건에서도 습지미생물에 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.

 

○ 더불어“앞으로 산소 농도에 민감하지 않은 아산화질소 환원 균주를 개발하여, 호기적 조건에서 아산화질소 제거 활성을 높이고, 온실가스 감축이 필요한 다양한 분야에서 활용될 수 있도록 추가연구를 계획하고 있다”라고 말했다.

 

□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구 사업의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)’에 5월 18일 게재되었다.

https://www.nature.com/articles/s41467-024-48161-z