아래사진과 동일초점 현미경 사진
남세균은 과거 남조류라고 불러 녹색식물로 간주
남세균(Cyanobacteria)은 광합성 독립영양으로 생장하는 세균군으로 짙은 청록색을 띠고 있으며 세균 중에서 유일하게 산소를 발생하는 광합성 세균으로 남조류(blue-green algae)라고도 하여 녹색식물로 과거에는 간주하였다. 원핵생물의 특징을 완벽하게 가지고 있으며 세균역 내에서 독립된 하나의 문을 형성한다. 산소 발생 능력으로 인해 산소가 결여되었던 초기 지구에 산소가 축적되기 시작했으며 이로 인하여 산소 호흡을 하는 다양한 생물군이 지구 상 출현하게 되었다. 남세균은 최근 부영양화, 수온 상승으로 인한 과도한 증식으로 인해 녹조 발생 등의 원인이 되기도 하여 남세균 성장을 제어하기 위하여 다양한 물리화학적 또는 생물학적 방법이 시도하였으나 공생미생물과의 상호작용 연구는 미미한 편이다.
그러나 남세균과 공생미생물 간 신호전달물질 분비에 의해 남세균의 성장이 촉진 혹은 억제되는 선택적 조절 기능이 있을 것으로 예측되고 있다. 공생미생물과의 상호작용 연구는 남세균 생장 조절 인자를 도출함으로써 유해 남세균 억제 및 유용 남세균 생산성 증대 연구의 기반이 될 것으로 추론하고 있다.
환경부 소속 국립생물자원관은 최근 한강 수계에서 남세균 공생미생물인 새로운 속의 신종 세균 암니모나스 아쿠아티카(Amnimonas aquatica)를 발견했다. 국립생물자원관과 전체옥 중앙대 교수 연구진은 지난해 3월부터 최근까지 ‘공생미생물 상호작용 기반 남세균 생장조절 유용성 탐색’ 연구 사업 중에 이번 신종 세균을 발견했다. 이번 연구는 남세균의 성장이 환경적인 요인뿐만 아니라 공생하는 미생물과의 물질교환 등 상호작용으로 제어될 수 있다는 점에 착안하여 추진됐다.
남세균은 엽록소를 갖고 있는 짙은 청록색의 세균으로 세균 중 유일하게 산소를 생산하는 광합성 세균이다. 과거에는 남조류(blue-green algae)라고 불리며, 녹색식물로 간주했지만 원핵생물의 특징을 가지고 있는 독립된 세균이다. 부영양화 등 환경적인 이유로 남세균의 개체수가 급증하면 녹조 현상이 발생한다.
연구진은 남세균과 공생하는 미생물을 분리하기 위해 한강, 대청호, 왕송저수지 등 8곳의 지역에서 시료를 확보하여 분석했다. 분석 결과, 모든 시료에서 우점 남세균은 마이크로시스티스 에르기노사(Microcystis aeruginosa), 우점 공생미생물로는 리조비움 속(Rhizobium)과 슈도모나스 속(Pseudomonas)에 속하는 세균인 것으로 밝혀졌다. 연구진은 확보된 시료의 미생물 중 1종이 새로운 속인 암니모나스(Amnimonas)에 속하는 신종 균주임을 확인했다.
이번 신종 균주의 유전체를 분석한 결과, 이 신종 균주가 루미크롬(Lumichrome)이라는 물질의 생합성 유전자를 가진 것을 확인했다. 루미크롬은 조류(Algae) 등의 성장을 낮추는 물질로 알려져 있으며, 신종 균주 역시 루미크롬 합성 등을 통해 남세균의 생장을 낮출 수 있을 것으로 예측된다. 루미크롬(Lumichrome)에 의한 마이크로시스티스(Microcystis) 성장 저해 효과는 환경미생물학회지(Environmental Microbiology) 2019년 2월호에 발표된 바 있다(G. Weiss 외). 따라서 이번 연구결과는 추후 녹조 제어 및 바이오에너지 생산 등의 기술 개발에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
암니모나스, 한강행주대교 강물시료에서 분리 성공
신종 균주는 한강 행주대교에서 확보한 강물 시료에서 분리됐으며 속명 암니모나스는 강물에서 발견된 생물체라는 의미를 갖는다. 암니모나스는 계통학적으로 퍼루시디바카(Perlucidibaca) 속, 파라퍼루시디바카(Paraperlucidibaca) 속과 가장 가까운 관계에 있으나 유전자 염기서열 및 화학계통학적 특성이 달라 새로운 속으로 인정되었다. 이번 신종 균주의 유전체를 분석한 결과, 이 신종 균주가 루미크롬(Lumichrome)이라는 물질의 생합성 유전자를 가진 것을 확인했다. 루미크롬은 조류(Algae) 등의 성장을 낮추는 물질로 알려져 있으며, 신종 균주 역시 루미크롬 합성 등을 통해 남세균의 생장을 낮출 수 있을 것으로 예측된다. 루미크롬(Lumichrome)에 의한 마이크로시스티스(Microcystis) 성장 저해 효과는 환경미생물학회지(Environmental Microbiology) 2019년 2월호에 발표된 바 있다(G. Weiss 외). 따라서 이번 연구결과는 추후 녹조 제어 및 바이오에너지 생산 등의 기술 개발에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
연구진은 이번 신종에 대한 정보를 해외 미생물학 전문학술지인 ‘최신미생물학(Current Microbiology)' 4월호에 게재했다. 최신미생물학(Current Microbiology)지는 미국에서 발행되는 세계적으로 인지도 높은 미생물학술지로 신규 세균의 정식 등록이 이루어지는 대표적 학술지이다. 서흥원 국립생물자원관 생물자원활용부장은 “이번 신종 세균의 발견은 남세균 생장 조절과 공생 미생물의 상호작용을 이해하는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 생각하며 수생태계 보호를 위한 관련 연구를 지속적으로 추진할 계획”이라고 밝혔다.
