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선박 유출이나 천연자원에서 석유를 분해할 수 있는 박테리아인 알카니보락스 보르쿠멘시스를 발견

박테리아 "유기 세척액" 제조법 해독

해양 생물이 기름 유출을 분해하는 방법

해양 정화 작업팀:
해양 박테리아인 알카니보락스 보르쿠멘시스(Alcanivorax borkumensis)는 석유를 먹고 살며, 기름방울에 달라붙을 수 있는 비누 같은 물질을 생성한다. 연구진은 이 미생물이 어떻게 이 "유기 세척제"를 생성하는지 밝혀냈다. 이러한 사실을 바탕으로 향후 석유를 더욱 효율적으로 분해하고 선박의 해양 유출로 인한 유막을 제거하는 데 도움이 되는 박테리아 균주를 개발할 수 있을 것이다. 

▲ 빨간색으로 표시된 박테리아에서 유전자 클러스터가 비활성화되자, 이 박테리아는 더 이상 세제를 합성할 수 없었다. 그 결과, 평소처럼(오른쪽) 기름 방울 표면에 잘 부착되지 않았다(왼쪽). © Dörmann Group / 본 대학교

몇 년 전, 연구진은 북해에서 선박 유출이나 천연자원에서 석유를 분해할 수 있는 박테리아인 알카니보락스 보르쿠멘시스를 발견했다. "보르쿠멘스에서 온 알칸 분해 박테리아"인 알카니보락스 보르쿠멘시스는 원유에 포함된 에너지가 풍부한 탄화수소 사슬인 알칸을 먹고 살며, 유조선이나 시추 플랫폼 관련 사고 후 발생하는 해양 오염 정화에 중요한 역할을 한다.

물에 녹지 않는 기름방울을 소화하기 위해 미생물은 먼저 물과 기름의 계면에 부착해야 한다. 이를 위해 일종의 천연 세제를 생성하여 표면을 윤활한다. 이 세제는 아미노산 글리신과 당-지방산 화합물을 함유하고 있다. 본 대학교의 선임 저자인 피터 되르만은 "이 분자는 수용성 부분과 지용성 부분으로 구성되어 있다"고 설명했다. 비누와 세척제에 함유된 계면활성제는 지방을 흡착하는 역할을 하며, 같은 원리로 작동한다.

미스터리한 세제

북해 미생물은 다른 세제 생성 생물보다 "생물학적 세척액"을 더 국소적으로 사용한다. 되르만 연구팀은 "계면활성제 분자를 분비하는 다른 기름 분해 박테리아와 달리, 알카니보락스 보르쿠멘시스는 세포벽에 글리신 당지질을 축적하는 독특한 능력을 지니고 있다"고 기술했다. 이러한 능력 덕분에 알카니보락스 보르쿠멘시스는 기름을 더 잘 활용할 수 있다. 그러나 이 박테리아가 특수한 "바이오 세척액"을 어떻게 합성하는지 이전에는 알려지지 않았다.

도르만과 주저자인 추이 지아신(Jiaxin Cui)이 이끄는 연구진은 이 문제를 더욱 자세히 조사했다. 연구진은 이 박테리아의 유전체를 분석하고 세제 합성 경로에 관여하는 유전자를 찾았다. 이 유전자의 기능을 확인하기 위해 알카니보락스 보르쿠멘시스(Alcanivorax borkumensis)의 유전자를 비활성화하거나 다른 박테리아에 도입한 후 미생물의 대사 및 바이오필름 형성을 관찰했다.

세 단계로 이루어진 식기세척액 생산

연구진은 알카니보락스 보르쿠멘시스가 기름방울에 부착해 소화하기 어렵거나 전혀 소화하지 못하는 데 필요한 일련의 유전자를 발견했다. 이 유전자가 없으면 박테리아의 성장 속도가 더 느렸다. 이 유전자들이 "유기 세척액"의 설계도인 것으로 밝혀졌다. 추이는 "관련 유전자를 다른 박테리아에 전달했고, 이 박테리아도 세제를 생산했다"고 보고했다. 추가 실험을 통해 그 이유를 밝혀냈다.

▲ 출처: 관련논문 (09 May 2025 / Biosurfactant biosynthesis by Alcanivorax borkumensis and its role in oil biodegradation / nature chemical biology)

따라서 이 유전자들은 "유기 세척액"을 단계적으로 생성하는 총 세 가지 효소를 암호화한다.

첫 번째 효소는 지질 대사 과정에서 생성되는 글리신과 중간 생성물인 D-3-하이드록시데카노일-CoA를 여러 단계에 걸쳐 아글리콘으로 전환한다. 아글리콘은 수용성 골격에서 네 개의 길고 물에 녹지 않는 지방산 사슬이 머리카락처럼 갈라지는 유기 화합물이다.

 

두 번째 효소는 골격에 포도당기를 추가하여 글루코실-테트라-D-3-하이드록시데카노일글리신을 생성한다. 이 분자는 극성 골격으로 박테리아 세포벽에, 비극성 기름기 "머리카락"으로 기름에 부착한다. 

 

세 번째 생물 촉매는 첫 번째 효소에 포스포판테테인기를 추가하여 효소의 기능을 최적화한다.

미래의 재난에 대비하는 박테리아?

이러한 지식을 바탕으로 "생물 세척액"을 생산하고 알카니보락스 보르쿠멘시스보다 기름을 더욱 효율적으로 분해하는 새로운 박테리아 균주를 개발할 수 있게 되었다. 이러한 유기체는 선박이나 시추 플랫폼에서 기름 유출 시 방출되는 유성 물질로부터 다른 해양 생물을 보호하는 데 도움을 줄 수 있다.

도르만은 "천연 세제는 생명공학 분야에서도 관심을 가질 수 있다. 예를 들어 탄화수소에서 중요한 화합물을 미생물을 통해 생산하는 데 활용될 수 있다"고 말했다.
(Nature Chemical Biology, 2025; doi: 10.1038/s41589-025-01908-1)
출처: Universität Bonn

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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