유산소 조건에서 수소 만드는 녹조류 발굴

고농도 산소환경에서도 활성 갖는 수소화효소의 공학적 응용연구 실마리 제공

(서울=기술사신문) 조재학 기자 = 국내 연구진이 우리나라 담수 등의 고농도 산소환경에서 활성을 띠는 수소화효소를 가진 수소생산 녹조류를 찾아냈다.

그간 알려진 수소생산 미생물은 대부분 산소가 거의 없는 환경에서만 수소를 만드는 것으로 알려져 있었다.

원핵생물인 박테리아를 이용한 유산소 조건의 수소생산 연구 등 친환경적 수소생산 연구가 활발한 가운데 보다 고등한 형태의 진핵생물인 녹조류의 생태학적 중요성을 시사하는 이번 연구결과가 녹조류의 공학적 응용연구에 기여할 것으로 기대된다.

연세대학교 환경공학과 전병훈 교수가 주도하고 황재훈 박사(제1저자)등이 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업의 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 네이처 커뮤니케이션즈지(Nature Communications) 2월 4일자 온라인판에 게재되었다.( 논문명 : Photoautotrophic hydrogen production by eukaryotic microalgae under aerobic conditions )

차세대 청정에너지로 꼽히는 수소를 친환경적으로 생산하기 위해 대사과정에서 수소를 발생시키는 미생물을 이용하려는 연구가 활발하다. 

하지만 이들이 가지고 있는 수소화효소는 대부분 산소 농도 2% 이하일 때 활성을 띠는데 미생물이 광합성을 하면서 지속적으로 산소를 만들기 때문에 응용에 한계가 있었다.

연구팀은 국내 호수나 늪 등 내륙에 고인 물에서 쉽게 볼 수 있는 광합성 녹조류에서 대기조건(21% 산소 농도)과 비슷한 고농도의 산소환경에서도 활성을 띠는 수소화효소를 규명했다.

미생물을 이용한 친환경적인 수소생산 연구가 활발한 가운데 녹조류에서 산소 내성을 지닌 수소화효소가 밝혀짐에 따라 녹조류의 공학적 응용연구에 기여할 것으로 기대된다.

가스크로마토그래피를 이용해 산소 농도변화에 따라 이 녹조류가 만드는 수소량의 변화와 수소화효소의 활성 변화를 정밀 관측했다.

그 결과 녹조류가 성장하면서 광합성 등을 통해 만드는 산소농도를 21% 이하로 제어하면 극소량이지만 4일간 지속적으로 수소를 발생시킬 수 있었다.

특히 발견된 미세조류는 국내에서 쉽게 확보할 수 있는 종으로 응용에 유리하다는 설명이다. 한편 연구팀은 수소화효소 유전자 규명 등 후속연구를 진행할 계획이다.

전 교수는 "극소량이지만 미세조류에서 차세대 연료인 수소를 직접 얻는 기술의 개발과 산소에 내성이 있는 수소화효소의 발견은 수소생산 응용과학에 한걸음 다가가는 계기가 될 것"이라고 밝혔다.

* 수소화효소(Hydrogenase, H2ase) : 미생물의 광합성 작용시 발생되는 proton (H+)을 합성하여 수소를 생산하는 효소

* 원핵생물(原核生物, prokaryote) : 핵산이 막으로 둘러싸이지 않은 원핵세포로 이루어진 생물로 대부분 단세포이다. 반면 핵산이 막으로 둘러싸인 핵을 가진 세포로 이루어진 다세포 생물 등을 진핵생물( 眞核生物, eukaryote)이라고 한다.