빵 효모는 2022년 올해의 미생물이다.
Saccharomyces cerevisiae는 빵과 맥주뿐만 아니라 연구에도 중요하다.

일상의 동반자:
피자나 빵을 구울 때 말 그대로 세포가 분열하는 것을 볼 수 있다.
제빵 효모는 많은 식품의 기초일 뿐만 아니라 거의 모든 분자 생물학 실험실에서 모델 유기체로 사용된다. 산업 분야에서도 효모는 의약품 또는 원료 생산자로서 없어서는 안될 필수품이 되었다. 이것이 2022년 올해의 미생물로 선정된 이유다. 

▲ 전자현미경으로 본 효모 Saccharomyces cerevisiae의 세포. © Mogana Das Murtey, Patchamuthu Ramasamy / CC-by-sa 3.0

2022년의 미생물은 퇴근 후 맥주를 마시거나 생일 케이크를 자를 때 항상 우리와 함께 한다.

빵 효모 Saccharomyces cerevisiae는 작은 원생동물이며 박테리아와 달리 핵(진핵생물)이 있어도 미생물로 간주된다. 인간 세포와 이러한 유사성은 유전 및 세포 생물학 연구를 위한 완벽한 모델 ​​유기체가 된다. 1996년에 제빵 효모는 게놈이 완전히 시퀀싱된 최초의 진핵 유기체였다. 소규모 "세포 공장"으로서 그들은 또한 산업적 규모로 의약품과 원료를 생산한다.

"맥주의 설탕 곰팡이"는 라틴어 이름 Saccharomyces cerevisiae를 의미한다.
2022년 올해의 미생물 '빵 효모'는 크기가 너무 작아서 10개의 세포가 종이 두께 정도의 두께로 쌓여 있음에도 불구하고 큰 발효 대가이다. 많은 작은 입자 형태로 맥주를 탁하게 만드는 맥주 효모는 광학 현미경이 1680년에 발명되면서 비로소 눈에 띄게 됐다. 

루이 파스퇴르가 살아있는 효모 세포를 알코올 발효의 원인으로 인식하기까지는 거의 200년이 걸렸다.

일상적인 즐거움과 지속 가능한 생산에 대한 중요성 때문에 제빵용 효모는 최근 일반 및 응용 미생물학 협회(VAAM)에서 2022년의 미생물로 선정됐다.

수천 년 동안의 양조 보조제

효모 발효는 수천 년 동안 사람들에 의해 사용됐다. 

중동에서는 1만3000년 전에 사람들이 일종의 맥주를 만들고 있었다. 약 5천 년 전 중국에는 특별한 양조 공방이 있었다. 유럽에서 맥주는 종종 오염된 물보다 세균이 훨씬 적기 때문에 이전 세기에 어린이들이 마셨다.

혐기성 발효 과정에서 효모 세포는 포도당과 과당을 이산화탄소 거품(CO2)과 알코올 에탄올로 분해하여 아데노신 삼인산(ATP) 형태의 화학 에너지를 생성한다. 물론 미생물이 인간을 위해 이렇게 하는 것이 아니라 에탄올이 효모 세포에 진화적 이점을 제공한다. 알코올은 경쟁 미생물을 죽이고 설탕이 떨어지면 효모 세포에 의해 더 분해될 수 있다.

빵과 케이크를 위한 유연제

단세포 효모는 또한 케이크 반죽에서 CO2를 형성한다.
이를 위해 필요한 설탕은 탄수화물, 즉 사슬을 형성하기 위해 연결된 설탕으로 구성된 밀가루에 의해 제공된다. 반죽에 있는 글루텐 단백질은 이산화탄소 기포가 빠져나가지 못하도록 하는 접착제 역할을 하여 반죽이 부풀어 오르고 느슨해진다. 반죽을 격렬하게 반죽하면 반죽에 효모 세포가 분포하고 약간의 열이 신진대사와 번식을 자극한다.

베이커리, 양조장, 와이너리 및 스파클링 와인 생산자는 다양한 종류와 유형의 효모를 사용한다. 빵에 사용되는 도우에는 유산균이 효모를 지탱하고 있다. 정확한 구성과 사용 조건은 종종 잘 보관된 영업 비밀이다.

친족은 연구를 가능하게 한다.

생명공학 연구에서도 Saccharomyces cerevisiae는 오랫동안 필수 불가결한 요소였다. 

효모 세포는 90분의 짧은 배가 시간으로 쉽게 배양할 수 있으며 세포 주기 조절, 유전자 발현 또는 DNA 복구 메커니즘은 포유동물 세포의 메커니즘과 밀접하게 관련되어 있다. 기초 세포 연구에서 최근 몇 년 동안 효모를 모델 유기체로 한 연구로 수많은 노벨상을 수상했다.

오늘날에는 약 6,300개의 효모 유전자 중 하나하나를 변형해 유전자 기능을 보다 정확하게 조사하고 인간 유전자의 기능에 대해 예측할 수 있는 균주 컬렉션이 있다. 

결국, 인간 질병과 관련된 유전자의 20%는 효모에 상동체(관련 유전자)를 가지고 있다. 이러한 지식을 통해 예를 들어 신경퇴행성 질환을 더 잘 이해할 수 있다. 효모의 유전자는 복잡한 유전 과정을 이해하는 데에도 많은 기여를 했다.

의학과 기술의 효모

효모 세포는 의학적으로 관련된 단백질을 생산하는 데에도 사용된다.
예를 들어, 인간 인슐린 유전자는 효모 게놈에 "이식"됐다. 효모 세포는 당뇨병 치료에 사용할 수 있는 많은 양의 인간 호르몬을 생산한다.

베이커의 효모는 말라리아 치료제 생산에도 중요한 역할을 한다.
효모 대사는 효모 세포가 에탄올 대신 설탕에서 아르테미신산을 생산하고 세포의 생존에 절대적으로 필요하지 않은 모든 자원을 이 생산에 투입하는 방식으로 "재프로그래밍"된다. 그런 다음 최종 제품은 말라리아 치료제 아르테미시닌으로 추가 처리된다.

효모 세포의 대사는 의학적 목적으로만 사용되는 것이 아니라 이제 연료, 폴리에스터 또는 스킨 크림으로 추가 처리될 수 있는 분자 생산에도 사용된다.

생명 공학의 또 다른 중요한 역할은 모든 진핵 생물과 마찬가지로 효모를 특징 짓는 특성에 의해 수행된다. 효모는 다양한 생화학적 과정을 공간적으로 분리할 수 있는 막으로 둘러싸인 세포 소기관을 가지고 있다. 

이러한 방식으로, 유독한 중간 단계가 세포 내에서 분리될 수 있다. 

 예를 들어, 연구자들은 최근 나일론 전구체를 소포와 같은 소포에 "패키징"하는 데 성공했다. 이것은 새로운 반응 공간을 통해 세포 내 분업이 어떻게 최적화될 수 있는지 보여주는 예이다.
출처: 독일 생물학, 생명과학 및 생물의학 협회

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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