산림청, 환경호르몬 분해 미생물 개발 성과
- 효소활성도 야생형 버섯의 4배정도 높은 결과
[산림청 국립산림과학원에서는 형질전환을 통해서 환경호르몬 분해 능력이 탁월한 버섯을 개발한 연구결과를 발표했다. 산림청 국립산림과학원 미법연구사 유선화 박사가 발표한 내용은 다음과 같다]
안녕하십니까? 산림청 국립산림과학원에서 근무하는 미법연구사 유선화입니다.
먼저 환경호르몬에 대해서 간단하게 설명 드리겠습니다.환경호르몬은 인간의 현대산업 활동을 통해서 만들어지는 분해가 잘 안되는 다양한 화학물질입니다.
특히 편리한 일상생활을 위해서 우리가 흔히 사용하는 페트병, 스티로폼, 비닐봉지, 세제 등의 제품에서 쉽게 방출되는 것으로 체내에 들어가면 호르몬의 정상적인 작용을 교란시켜 문제를 일으키기 때문에 환경호르몬이라고 합니다.
이러한 환경호르몬은 여성호르몬인 에스트로겐처럼 작용함으로써 남성의 여성화를 야기하고, 생식능력을 저하시켜 불임이 되거나 기형의 원인이 됩니다. 또한 암이나 아토피성 피부염과 같은 병을 유발하기도 합니다.
실생활에서 쉽게 노출될 수 있고, 극히 소량으로도 병을 유발할 수 있는 반면 구조적인 특성으로 인해 자연적인 분해가 거의 안 되고 축적되기 때문에 잠재적인 위험성이 큰 환경오염물질입니다.
최근 환경호르몬에 의한 피해와 위험성이 세계적으로 제기되면서 환경호르몬이 주요환경문제로 대두되고 있지만 이것을 해결하기 위한 근본적인 연구들은 미비한 실정입니다.
이러한 환경호르몬의 문제를 해결하기 위해 국립산림과학원에서는 산림의 자정능력에 주목하여 산림미생물을 이용한 환경호르몬 분해 연구를 시작하게 되었습니다.
우리가 숲에서 흔히 볼 수 있는 버섯 중에는 나무로부터 영양분을 섭취해서 살아가는 경우가 많은데, 이런 버섯 중에서 리그닌을 분해할 수 있는 종류를 백색부후균이라고 합니다.
겨울우산버섯, 아교버섯, 구름버섯, 기계충버섯 등이 이러한 버섯입니다. 환경호르몬은 리그닌과 구조가 비슷하기 때문에 나무의 리그닌을 분해할 수 있는 버섯으로 환경호르몬도 분해할 수 있는 것입니다.
따라서 백색부후균의 특성을 이용하면 생물학적 정화기술을 통해 환경호르몬을 친환경적으로 제거할 수 있습니다.
하지만 자연 상태에서는 그 분해속도가 너무 느리기 때문에 실용화를 위해서는 분해 능력을 탁월하게 증가시키고, 또한 다양한 변수가 있는 현장에서 성장이나 그 효소 활성이 저해를 받지 않는 새로운 품종의 개발이 필수적입니다.
따라서 저희는 생물공학적 기술을 통해서 환경호르몬의 분해 능력을 탁월하게 강화시킨 새로운 버섯의 개발을 시도하게 되었습니다.
연구과정은 우선 선발한 백색부후균인 겨울우산버섯, 아교버섯, 구름버섯으로부터 리그닌 분해효소인 라카아제(Laccase) 유전자와 리그닌 퍼옥시다아제(Lignin peroxidase), 망간 퍼옥시다아제(MnP) 유전자를 각각 분리하였습니다.
또한 형질전환에서 필요한 유전자를 끼워 넣는 일종의 유전자의 집 역할을 하는 벡터가 필요한데, 저희 연구과정에서는 형질전환 대상에 따라 다양하게 사용할 수 있는 16종의 벡터를 자체적으로 개발하였습니다. 그리고 버섯에 리그닌 분해효소 유전자의 벡터를 삽입하는 형질전환 방법을 확립하게 되었습니다.
버섯을 균사형태로 키워서 세포벽 분해효소를 종류별로 조건을 여러 번 달리한 다음 세포벽이 없는 원형질체를 얻어서 여기에 분리한 유전자를 적절한 벡터에 끼워 원형질체 안으로 삽입하는 방법을 시도하여 형질전환에 성공하였습니다.
개발된 형질전환버섯의 효소활성을 측정해본 결과, 야생형 버섯에서는 배양 후 7일 이상까지는 효소활성이 거의 없었으나 저희가 개발한 형질전환버섯에서는 배양 후 4일부터 효소활성이 나타나기 시작하여 배양기간을 단축시킬 수 있었습니다.
그리고 효소활성에 있어서도 야생형 버섯보다 4배가량 높아진 결과를 얻었습니다. 다음으로 형질전환버섯의 환경호르몬 분해능을 조사하였습니다. 세제 등에 포함되어있는 대표적인 환경호르몬으로 알려진 노닐페놀을 형질전환체와 같이 배양해본 결과 3일 만에 노닐페놀이 약 80% 정도까지 분해가 되었습니다.
그 결과 여성호르몬인 에스트로겐처럼 작용해서 문제를 야기하는 환경호르몬에 에스트로겐선 활성이 20%까지 감소되었습니다.
따라서 형질전환버섯에 의해서 리그닌 분해효소에 의해 노닐페놀이 분해되고, 그 결과 환경호르몬으로서의 독성이 거의 제거되었다고 할 수 있습니다.
플라스틱 제품에 사용되는 환경호르몬으로 비스페놀a가 있는데, 이 경우에도 형질전환체에 의해서 효과적으로 분해되고 그 독성이 제거되는 비슷한 결과를 보였습니다.
선별된 형질전환버섯은 환경호르몬 처리 시스템을 개발하여 앞으로 더욱더 검증할 예정입니다. 이것은 꽃 재배지에서 버섯을 실모양의 균사형태로 키운 모습입니다.
이것을 다시 액체배지에서 배양하게 되면 쉽게 대량으로 증폭을 할 수 있습니다. 이렇게 액체배양으로 배양한 다음 큰 스케일로 증폭시킨 다음 균사형태로 대량생산하고 고정화시키는 방법을 개발할 예정입니다.
또한 분리한 유전자를 이용해서 재조합 단백질을 대량생산 시스템을 통해서 개발하고 있습니다.
이렇게 고정된 버섯균사체와 효소는 플라스틱 가소제 생산 공장에서 폐수처리장의 슬러지에 직접 처리하는 공정을 통해서 산업폐수의 생물학적 정화에 이용될 예정입니다.
또한 분해능이 강화된 버섯은 염료나 쓰레기 매립장의 침출수, 농약 등 수많은 종류의 환경호르몬에 대해 분해 능력도 우수할 것으로 판단되어 환경호르몬이 함유된 폐수처리뿐만 아니라 농약 등으로 인해서 오염된 토양의 복원에도 적용 가능합니다.
최근에는 목질계 자원을 활용한 바이오 에너지와 연구에서 목질로부터 에탄올 생산성을 향상시키기 위해 전처리단계에서 목질외 리그닌을 제거하는 데에 저희가 개발한 리그닌 분해능이 강화된 버섯과 효소를 이용하여 처리할 예정입니다.
이번 연구결과는 국내에서 서식하는 산림버섯을 단순히 먹거리로써의 기능 외에 유용유전자를 이용하여 여기에 생물공학기술을 이용하여 녹색성장산업의 재료로써 새로운 부가가치를 창출했다는 것에 큰 의의를 가지며 그 가능성을 마련했다고 할 수 있습니다.
개발된 기술이 상용화될 수 있도록 앞으로 계속 연구하고 또한 앞으로 생물다양성 협약으로 인한 자원전쟁의 시대를 대비할 수 있는 자원의 보고로써 산림버섯이 더 큰 주목을 받을 수 있도록 더욱 노력하겠습니다.
