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2024-11-22 (금)

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[퓨처 Eyes(56)] 전기 농업, 식량 위기 극복할 미래 농업의 혁신

햇빛 없이도 식물을 키운다? 마치 공상과학 영화에서나 나올 법한 이야기지만, 현실이 될 날이 머지않았다. 광합성은 지구 생명체의 근원이지만 에너지 효율은 겨우 1%에 불과하다. 이 비효율을 극복하고 미래 식량 위기를 해결할 혁신적인 기술이 바로 '전기 농업(electro-agriculture)'이다. 최근 생명공학 학술지 줄(Joule)에 발표된 논문에서 생명공학자들은 전기 농업이라는 새로운 식량 생산 패러다임을 선보였다. 태양 에너지를 이용해 CO₂를 식물의 먹이로 바꾸는 이 기술은, 햇빛에 의존하는 광합성을 대체하며 농업에 필요한 토지는 94%로 감소해 농업의 미래를 뒤흔들 잠재력을 지녔다. 광합성을 대체하는 전기 농업 캘리포니아 리버사이드 대학교의 생물공학자 로버트 진커슨(Robert Jinkerson) 교수와 워싱턴대학교 세인트루이스 캠퍼스의 전기화학자인 펑 지아오(Feng Jiao) 교수는 새로운 전기 농업 기술을 통해 농작물이 빛이 없는 환경에서도 자랄 수 있는 가능성을 제안했다. 농업의 혁신을 가져올 수 있다고 확신하는 진커슨은 "더 이상 햇빛을 필요로 하지 않는다면, 우리는 농업을 환경으로부터 완전히 분리해 통제된 실내 환경에서 식량을 재배할 수 있다"고 강조한다. 이는 농업이 더 이상 기후나 조건에 영향을 받지 않고 언제 어디서든 필요한 식량을 생산할 수 있음을 의미한다. 전기 농업은 단순히 빛을 대체하는 것 이상의 의미를 갖는다. 진커슨 교수의 연구팀은 태양광 패널을 통해 태양 에너지를 흡수하고, 이 에너지를 CO₂와 물 사이의 화학 반응에 활용해 아세트산염을 생성한다. 이 아세트산염은 식물이 에너지와 탄소 공급원으로 사용하게 된다. 진커슨 교수는 "우리는 식물의 발아 과정에서 사용되는 대사 경로를 다시 활성화시켜, 식물이 광합성 없이 아세트산염만으로도 자랄 수 있도록 연구하고 있다"고 덧붙였다. 현재 토마토와 상추를 대상으로 실험 중이며, 향후 고구마나 곡물 등 주요 작물로도 확장할 계획이다. 이 기술이 상용화될 경우, 전통 농업에서 발생하는 온실가스 배출을 크게 줄일 수 있다. 펑 자오 교수는 "현재 약 4%의 에너지 효율을 달성했으며, 이는 기존 광합성의 4배 수준이다. 이 방식이 더 효율적이기 때문에 식량 생산에 따른 CO₂ 배출량을 크게 감소시킬 수 있을 것"이라고 전망했다. 이는 농업의 환경적 부담을 대폭 줄일 뿐만 아니라, 식량 생산의 새로운 장을 열 수 있음을 의미한다. 빛 없도 농사를 지을 수 있는 전기 농업은 우주에서의 까다로운 식량 생산 문제도 해결할 수 있다. 기존 농업은 심각한 삼림 벌채로 이어지는 경우가 많은 데, 이는 생물다양성 손실과 기후 변화의 주요 원인이 되도 한다. 전기 농업은 작물 생산에 필요한 토지의 양을 대폭 줄임으로써 토지 개간에 따른 생태적 피해의 일부를 회복시킬 수 있다. 아울러 수로를 오염시키고 수생태계에 영향을 미칠 수 있는 비료와 살충제에 대한 의존도를 낮추므로 지속 가능한 식량 생산에 대한 유망한 대안을 제시한다. 전기 자극을 통한 수확량 증대 전기 농업의 또 다른 중요한 연구는 전기를 이용해 농작물의 성장을 촉진하는 방법이다. 이 기술은 19세기 말에서 20세기 초에 잠시 유행했던 '전기 재배(electroculture)'의 현대적 버전으로 볼 수 있다. 당시에는 전기를 식물에 직접 적용해 수확량을 늘리거나 해충을 제거하려는 시도가 있었으나, 명확한 과학적 근거 없이 실패한 사례들이 많았다. 하지만 오늘날 연구자들은 더 정교한 방법으로 전기를 농업에 적용하고 있다. 미국 앨라배마주의 오크우드 대학교 생화학자인 알렉산더 볼코프(Alexander Volkov) 교수는 저온 플라즈마(Cold Plasma)를 이용해 씨앗을 자극하는 연구를 진행 중이다. 이 연구에서는 식물의 수확량이 20~75% 증가한 결과를 얻었으며, 감자의 경우 수확량이 40%까지 늘어났다. 볼코프 교수는 "우리는 씨앗을 플라즈마로 1분 미만 처리했을 때, 수확량이 눈에 띄게 증가하는 것을 확인했다. 양배추 수확량도 75% 증가했으며, 맛도 더 달았다"라고 밝혔다. 씨앗의 플라즈마 처리는 농업 분야에 떠오르는 기술로, ㅊ플라즈마를 이용해 씨앗의 발아율을 높이고 생장을 촉진하는 기술이다. 플라즈마는 고체, 액체, 기체 상태 다음의 제4의 물질로, 이온, 전자, 중성 입자 등으로 구성된 이온화된 기체이다. 플라즈마는 씨앗 껍질의 표면을 변화시켜 물 흡수율을 높이고, 발아에 필요한 효소 활성을 증가시켜 발아율을 향상시킨다. 또한 플라즈마는 씨앗 내부의 생화학적 반응을 촉진해 뿌리와 씨앗의 생장을 촉진한다. 게다가 플라즈마는 씨앗 표면의 박테리아, 곰팡이 등 병원균을 살균해 씨앗의 건강을 증진시킨다. 저온 플라즈마는 단순히 씨앗의 수확량을 증가시키는 것뿐만 아니라 씨앗이 발아할 때 환경 스트레스를 덜 받게 만들어 준다. 셰튼홀 대학교의 호세 로페즈(Jose Lopez) 교수는 "씨앗이 처음 발아할 때는 외부 환경의 스트레스에 매우 취약하다. 플라즈마는 씨앗의 껍질을 미세하게 구멍을 내어. 씨앗이 물과 양분을 더 쉽게 흡수할 수 있도록 돋븐다"고 설명했다. 그 결과 플라즈마로 처리된 씨앗은 처리되지 않은 씨앗보다 훨씬 더 빠르게 자란다. 전기 농업의 미래 전기 농업을 도입한다면 자연 서식지의 점진적인 복원이 용이해지고, 생물 다양성이 향상되며 탄소 발자국을 줄일 수 있다. 이처럼 엄청난 잠재력에도 불구하고, 전기 농업은 여전히 해결해야 할 과제가 남아 있다. 핵심 문제로는 태양열 화학 반응기의 초기 설치 비용과 유지 관리, 그리고 대규모 실내 농업시설을 지원하는 데 필요한 인프라를 꼽을 수 있다. 또한 아세트산을 주요 에너지 원으로 사용할 때 식물 생리학에 미치는 장기적인 영향을 이해하기 위해서는 추가 연구가 필요하다. 진커슨은 "식물의 경우, 식물이 이런 방식으로 성장하도록 진화하지 않았기 때문에 아세트산염을 탄소원으로 활용하도록 하는 연구 개발 단계에 있다"고 말했다. 그는 "하지만 버섯과 효모, 해조류는 현재 이런 방식으로 재배할 수 있으므로 이러한 응용 분야가 먼저 상용화되고 식물은 나중에 상용화될 것으로 생각한다"고 덧붙였다. 전기 농업이 성공한다면 식량 생산 자체에 혁명을 일으킬 수 있는 환경 친화적이고 공간 효율적인 방법이 될 수 있다.
- 포커스온
2024-10-31
[신소재 신기술(109)] 나노실크 기반 여과 소재, 물속 화학물질과 중금속 제거 효과

화학 물질에 의한 물 오염은 전 세계적으로 빠르게 확산되고 있는 심각한 문제다. 미국 질병통제예방센터(CDC)의 최근 연구에 따르면, 검사를 받은 사람의 98%가 혈류에서 '영원한 화학 물질'이라고 알려진 화합물 계열인 과불화화합물(PFAS)이 검출됐다. 이런 화학 물질과 중금속을 여과하는 효과가 큰 소재가 MIT 연구팀에 의해 개발됐다고 MIT 공식 홈페이지가 발표했다. 게시글에 따르면 연구팀이 개발한 여과 소재는 화학이나 중금속 오염에 대한 자연 기반 솔루션을 제공할 수 있다고 한다. 상수도 필터로의 우선 활용이 예상된다는 기대다. 이 소재는 천연 실크와 셀룰로오스를 기반으로 하고 있으며, 지속성 화학 물질과 중금속을 광범위하게 제거할 수 있다. 나아가 항균 특성도 강해 필터가 오염되는 것을 방지하는 데 도움이 된다. PFAS 화학 물질은 화장품, 식품 포장, 방수 의류 소재, 소방용 거품, 조리도구용 코팅제 등 제품에 광범위하게 사용돼 오염을 일으킨다. 미국에서만 이 화학 물질로 오염된 5만 7000곳이 확인됐다. 미국 환경보호국(EPA)은 PFAS를 1조 분의 7 미만으로 제한하도록 규제하는 새로운 규정을 마련했으며, 이를 준수하기 위한 PFAS 정화에는 연간 15억 달러가 소요될 것으로 추정한다. 연구팀은 "PFAS 및 유사 화합물에 의한 오염은 실질적인 위협으로, 이번에 개발한 솔루션은 이를 효율적, 경제적으로 해결할 수 있다"라며 "연구팀이 단백질과 셀룰로오스 기반의 소재를 개발한 근본적인 이유"라고 설명했다. 이 연구는 우연히 이루어졌다. 초기 여과 소재 기술은 PFAS 제거와 전혀 관련 없는 목적을 위해 개발됐다. 당초에는 낮은 품질의 위조 종자 확산을 막기 위한 라벨링 시스템을 만드는 용도로 만들어졌다. 연구팀은 실온에서 환경친화적인 물 기반 드롭 캐스팅 방법을 통해 실크 단백질을 균일한 나노스케일 결정 또는 나노섬유로 가공하는 방법을 고안했다. 연구팀은 새로운 나노섬유 재료가 오염 물질을 걸러내는 데도 효과적일 것이라고 보았지만, 초기 시도에서는 효과를 보지 못했다. 그런데 여기에 셀룰로오스를 추가함으로써 해법을 찾아냈다. 팀은 얇은 막으로 형성될 수 있는 실크 기반 섬유에 셀룰로오스를 통합한 다음 셀룰로오스의 전하를 조정해 화학 물질과 중금속 오염 물질을 제거하는 데 매우 효과적인 재료를 생산하는 데 성공했다. 실험 결과 셀룰로오스의 전하는 강력한 항균 특성을 나타냈다. 이는 여과 필터의 주요 고장 원인 중 하나가 박테리아와 곰팡이에 의한 오염이라는 점에서 의미있는 발견이었다. 필터의 항균 특성이 오염 문제를 크게 줄일 수 있게 된 것이다. 실험실 테스트에서 이 여과 재료는 현재 사용되는 일반 재료인 활성탄 또는 과립 활성탄보다 물에서 훨씬 더 많은 오염 물질을 추출해 제거했다. 연구팀은 앞으로 원료의 내구성과 가용성을 개선하는 작업을 이어갈 계획이다. 연구에 활용된 실크 단백질은 실크 섬유 산업의 부산물로 이용할 수 있지만, 소재를 물 여과로 확장하면 공급이 부족할 수 있다. 대체 단백질 소재가 더 낮은 비용으로 같은 기능을 수행할 수도 있을 것이라는 기대다. 연구팀은 이 여과 소재가 주방 수도꼭지에 부착하는 필터로 우선 사용될 가능성이 높다고 말했다. 향후에는 거대 상수도 시설에서의 여과 용도로 확장될 것으로 예상했다. 물론 이는 오염 물질을 확실히 걸러준다는 사실이 입증된 후에 가능한 일이다. 연구팀은 이 소재의 큰 장점이 식품 성분이기 때문에 오염이 발생할 가능성은 매우 낮다고 자신했다. 한편 이 연구는 미국 해군연구소, 미국 국립과학재단, 싱가포르-MIT 연구기술연합의 지원을 받았다.
- IT/바이오
2024-09-12
[신소재 신기술(101)] 버섯 곰팡이 전기 자극으로 바이오하이브리드 로봇 제어

코넬 대학교 연구진이 곰팡이 균사체를 배양해 여기서 나오는 전기 신호를 활용, 일반 로봇보다 환경에 더 잘 반응하는 '바이오 하이브리드' 로봇 제어 방법을 새로 발견했다고 테크익스플로러가 전했다. 로봇 제조에 시간과 기술, 재료 정도가 필요했다면, 이제는 곰팡이까지 더해질 수 있게 됐다. 로봇 제어 기술 개발은 코넬 대학교 롭 셰퍼드 교수가 이끄는 유기로봇연구실의 아난드 미슈라 박사팀이 주도했으며, 「곰팡이 균사의 전기 생리학적 측정을 통해 매개되는 로봇의 감각 운동 제어」라는 제목의 논문은 '사이언스 로보틱스(Science Robotics)'에 발표했다. 셰퍼드 교수는 "이 연구는 곰팡이가 내는 생체 전기를 사용해 로봇에 환경 감지 및 명령 신호를 제공, 자율성 수준을 향상시키는 첫 번째 성과"라며 "로봇의 전자 장치에 균사체를 배양함으로써, 바이오 하이브리드 로봇이 환경을 감지하고 이에 대응할 수 있도록 할 수 있었다. 이번에는 입력원으로 빛을 사용했지만, 미래에는 화학 물질이 될 것이다. 개발할 미래 로봇은 작물에서 토양의 화학적 성질을 감지하고 비료를 뿌릴 시기를 결정할 수 있을 것"이라고 말했다. 엔지니어들은 로봇을 설계하면서 동물계에서 많은 단서를 얻었다. 동물이 움직이는 방식을 모방하고, 환경을 감지하고, 심지어 땀을 통해 내부 온도를 조절하는 기계를 만들었다. 일부 로봇은 근육 조직 세포와 같은 살아있는 조직을 통합했지만, 이러한 복잡한 생물학적 로봇 시스템은 기능적으로 유지하기 어렵다. 로봇의 성능과 기능을 살리는 작업은 쉽지 않다. 균사체는 버섯의 지하 식물체이며, 여러 가지 장점이 있다. 혹독한 환경에서도 자랄 수 있다. 또 화학적 및 생물학적 신호를 감지하고 여러 입력에 반응할 수 있다. 미슈라 박사는 "기존의 수동 센서는 한 가지 목적으로만 사용되지만 살아있는 시스템은 촉각에 반응하고, 빛에 반응하고, 열에 반응하고, 신호와 같은 알려지지 않은 것에도 반응한다"면서 "미래 로봇 제작은 예상치 못한 환경에서 어떻게 작동할 수 있을까에 초점이 맞추어질 것이다. 우리 연구팀이 찾아낸 ‘살아있는 시스템’을 활용하면 알려지지 않은 입력이 들어와도 로봇이 그에 반응할 것"이라고 밝혔다. 그러나 버섯과 로봇의 통합에는 기술에 대한 지식 이상이 필요하다. 기계나 전자공학뿐 아니라 균류학, 신경 생물학, 신호 처리에 대한 배경 지식 등도 요구된다. 이 모든 분야가 모여야 시스템을 구축할 수 있다. 그래서 연구팀은 신경 생물학 및 행동 분야(브루스 존슨 연구원)의 자문을 구해 균사체 막의 뉴런과 같은 이온 채널로 전달되는 전기 신호를 기록하는 방법을 배웠다. 농업 및 생명 과학 대학의 통합 식물 과학부(캐시 호지 박사)는 균류에 전극을 붙일 때 우려되는 오염을 방지하기 위해 깨끗한 균사체 배양 방법을 전달했다. 미슈라가 개발한 시스템은 △ 진동과 전자기 간섭을 차단하고 균사체의 전기 생리학적 활동을 실시간으로 정확하게 기록하고 처리하는 전기 인터페이스 △ 일종의 신경 회로인 중앙 패턴 생성기에서 영감을 받은 컨트롤러로 구성되어 있다. 기본적으로 이 시스템은 원시 전기 신호를 읽고, 이를 처리하고, 균사체의 리드미컬한 스파이크를 식별한 다음, 해당 정보를 디지털 제어 신호로 변환해 로봇의 액추에이터로 전송한다. 이를 바탕으로 연구팀은 거미 모양의 소프트 로봇과 바퀴 달린 로봇 등 두 가지 바이오 하이브리드 로봇을 제작했다. 개발된 로봇은 세 가지 실험을 완료했다. 첫 번째 실험에서 로봇은 균사체 신호에서 자연스럽고 연속적으로 급증하는 스파이크에 대한 응답으로 걷고 구르는 동작을 시연했다. 그런 다음 연구팀은 자외선으로 로봇을 자극하여 보행 패턴을 변화시켜 균사체가 환경에 반응하는 능력을 입증했다. 세 번째로 연구팀은 균사체의 원래 신호를 완전히 무시할 수 있었다. 이는 로봇 공학과 균류학 분야를 훨씬 넘어섬을 의미한다고 연구팀은 전했다. 신호를 받아들이면 무슨 일이 일어나고 있는지도 이해할 수 있다는 점에서, 이는 로봇을 제어하는 것만이 아니라 생명체와 진정한 연결을 만드는 것이라는 지적이다. 사람이 시각화할 수 없는 신호를 로봇은 시각화하고 있다는 것이다. 한편, 이 연구에는 이탈리아 피렌체 대학교의 김재석 연구원도 참여했다.
- IT/바이오
2024-08-30
[기후의 역습(39)] 그린란드 빙상서 화석 발견…빙하 상실로 해수면 상승 위험 증가

그린란드 빙상은 과거에도 녹았었지만 기후가 따뜻해짐에 따라 앞으로는 더 빠른 속도로 녹을 것으로 보인다. 과학자들은 이로 인해 해수면이 6~7.6m까지 상승할 수 있다고 경고한다. 그런 가운데, 지난 110만 년 동안 한 때 따뜻한 시기에 그린란드의 거대 빙하 가장자리가 아닌 중심부가 녹아 내렸고, 다양한 곤충과 식물의 서식지였던 건조하고 척박했던 툰드라 지형이 바뀌었다는 새로운 연구 결과가 나와 주목된다고 CBS뉴스가 보도했다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원 회보에 게재됐다. 빙하가 처음 녹기 시작했을 때 대기 중 온실 가스 농도는 오늘날보다 낮았다. 과학자들은 대기 중 이산화탄소가 더 많이 발생하면서 그린란드의 빙하가 이전에 생각했던 것보다 더 쉽게 녹을 것으로 우려하고 있다. 새로운 연구를 공동으로 수행한 버몬트 대학교의 폴 비어먼 박사팀은 "그린란드는 270만 년 동안 빙하가 존재해 왔지만, 이제 그 빙하가 취약해져 깨질 수 있다는 증거가 나왔다"고 밝혔다. 연구팀은 2014년부터 그린란드 빙상 아래에서 다양한 물질을 수집해 연구를 진행해 왔다. 그들은 거의 30년 전, 빙하의 중심부 표면 아래 3.2km 떨어진 곳에서 추출한 GISP2라고 불리는 빙핵 바닥의 퇴적물을 조사했다. 분석 결과 퇴적물 샘플에는 그린란드의 과거에 대한 정보와 단서들로 가득 차 있었다. 현미경으로 들여다 본 샘플의 작은 검은 반점에서는 곤충의 눈, 북극 양귀비 씨앗, 북극 버드나무 조각, 토양 곰팡이와 이끼의 작은 부분들이 발견됐다. 이들은 여러 화석들로, 비어먼은 이를 "얼음 아래에 얼어붙은 생물 생태계"라고 불렀다. 이 화석은 빙하의 90%가 한때 사라졌었다는 것을 직접적으로 확인해 준다고 한다. 비어먼은 "일단 빙상의 중심을 잃게 되면 모든 것을 잃게 되는데, 빙상의 중심에서 이 화석들을 발견한 것은 그린란드의 얼음이 과거에 사라졌었다는 명백한 증거"라고 말했다. 이 발견은 이른바 '취약한 그린란드'라는 가설을 뒷받침한다. 비어먼은 인간의 영향을 받지 않는 자연이 빙하가 형성된 이후 적어도 한 번은 녹은 적이 있다고 말했다. 65만6000평방마일의 그린란드 빙하는 현재 섬 전체의 약 80%를 덮고 있다. 이는 미국 텍사스주의 약 3배에 달하는 면적이다. 그린란드의 얼음 손실을 지도로 만든 나사(NASA)는 이 빙하가 지난 몇 년 동안 빠르게 감소했으며, 이로 인해 지구 해수면이 연간 약 0.03인치(약 0.0762cm) 상승했다고 밝혔다. 비어먼에 따르면 그린란드의 녹는 얼음은 현재 해수면 상승의 첫번째 주요 원인이다. 비어먼은 그린란드 얼음 전체가 녹기까지는 수천 년이 걸릴 수 있지만, 그 결과는 매우 끔찍할 것이라고 경고했다. 수억 명의 사람들이 집과 사업을 잃을 수 있고, 유서 깊거나 아름다운 도시를 포함해 엄청난 면적의 땅이 사라질 수 있다는 것이다.
- 포커스온
2024-08-07
[신소재 신기술(71)] 음식물 쓰레기 활용해 기존 소재보다 4배 강한 '식용 콘크리트' 개발

해초, 양배추와 오렌지 껍질 등 식물성 재료를 활용해 기존 콘크리트보다 3배 이상 강한 '식용 콘크리트' 건축 자재가 개발되어 주목받고 있다. 일본 도쿄대학 연구팀이 배추와 바나나,양파 껍질 등 식물성 유기물로 기존 콘크리트보다 4배 강한 콘크리트를 개발했다고 더쿨다운이 5일(현지시간) 전했다. 프린스턴 대학교에 따르면, 콘크리트는 물 다음으로 지구상에서 가장 많이 소비되는 제품이지만, 매년 44억 톤의 이산화탄소를 배출하며, 전 세계 오염의 8%를 차지한다. 이에 따라 기존 콘크리트 생산 과정의 대안을 모색하고, 건물의 내구성을 높여 콘크리트 사용량을 줄이는 노력이 중요해졌다. 이러한 맥락에서 도쿄 대학 연구팀이 개발한 '식용 콘크리트'는 기존 콘크리트보다 4배 강할 뿐 아니라 음식물 쓰레기 문제 해결에도 기여할 수 있어 더욱 주목받고 있다. 연구팀은 커피 찌꺼기, 바나나 껍질, 양배추, 오렌지 껍질, 양파 껍질, 호박 등 유기물을 건조 및 압축하고 물, 조미료와 혼합하여 고온 틀에서 압축하는 방식으로 친환경 콘크리트를 제작했다. 연구 수석 저자인 유야 사카이는 "저희의 목표는 해초와 일반 음식물 쓰레기를 사용하여 최소한 콘크리트만큼 튼튼한 재료를 만드는 것이었다"면서 "하지만 먹을 수 있는 음식물 쓰레기를 사용했기 때문에 재활용 과정이 원래 재료의 맛에 영향을 미치는지 확인하는 데도 관심이 있었다"라고 설명했다. 실험 결과, 이 식용 콘크리트는 굽힘 강도가 기존 콘크리트보다 훨씬 뛰어났으며, 소금이나 설탕을 첨가하여 맛을 개선해도 강도에는 영향을 미치지 않았다. 선임 연구원인 코다 마치타는 "호박에서 추출한 표본을 제외하고 모든 재료가 굽힘 강도 목표를 초과했다"며 "콘크리트보다 3배 이상 강한 재료를 생산한 배추 잎을 약한 호박 기반 재료와 섞어 효과적인 보강재를 제공할 수 있다는 것을 발견했다"고 말했다. 이 콘크리트는 또 부패, 곰팡이, 곤충에 강하며 4개월 동안 공기 중에 노출되어도 맛이나 강도가 변하지 않는 것으로 확인됐다. 이 연구는 더욱 견고한 건물을 위한 강력한 콘크리트를 개발하는 동시에, 지구 오염의 또 다른 원인인 음식물 쓰레기를 활용할 수 있는 방법을 제시했다. 미국 농무부에 따르면, 식량 손실 및 폐기물은 인간 소비를 위해 생산된 모든 식량의 3분의 1을 차지하며, 2021년 환경보호국 보고서에서는 식량 손실로 인한 1억 8700만 톤 이상의 이산화탄소 배출량이 석탄 화력 발전소 42개의 연간 오염량과 비슷하다고 밝혔다. 이 기술이 미래 건축물에 적용될지는 아직 미지수지만, 과학자들은 다양한 분야에 활용될 수 있다는 점에서 긍정적인 반응을 보이고 있다. 이는 기존의 틀을 벗어난 사고가 이산화탄소 배출과 환경오염 두 가지 문제를 동시에 해결할 수 있는 가능성을 보여주는 좋은 사례라는 평가다.
- 포커스온
2024-07-05
해양 폐플라스틱 폴리에틸렌 분해 곰팡이 발견

바다에 서식하는 곰팡이 파렝지오돈티움 앨범(Parengyodontium album)이 햇빛에 의한 UV(자외선)에 일정 시간 노출된 플라스틱 폴리에틸렌(PE)을 분해할 수 있는 것으로 나타났다고 PHYS가 전했다. 네덜란드 왕립해양연구소(NIOZ)의 해양 미생물학 연구팀은 이 같은 사실을 밝힌 연구 결과를 '종합환경과학(Science of the Total Environment)' 저널에 발표했다. 연구팀은 더 많은 플라스틱 분해 곰팡이가 깊은 바다에 살고 있을 것으로 예상하고 있다. 이 곰팡이는 바다의 플라스틱 쓰레기 위에 얇은 층을 이루며 다른 해양 미생물과 함께 공존하고 있다. NIOZ의 해양 미생물학자들은 이 곰팡이가 바다에 유입된 모든 플라스틱 중에서도 가장 많은 PE 입자를 분해할 수 있다는 사실을 규명했다. 연구는 NIOZ 연구팀이 위트레흐트 대학, 해양정화재단(Ocean Cleanup Foundation) 및 파리, 코펜하겐, 스위스 세인트 갈렌 등에 소재한 연구기관의 과학자들과 협력해 수행했다. 이번 발견으로 이 곰팡이는 플라스틱을 분해하는 소수의 해양 곰팡이 목록에 합류하게 됐다. 현재까지 발견된 곰팡이는 4종뿐이지만, 더 많은 수의 박테리아가 플라스틱을 분해할 수 있는 것으로 알려져 있다. 플라스틱 분해과정 정확하게 추적 연구팀은 북태평양의 플라스틱 오염 집중지역에서 플라스틱 분해 미생물을 추적했다. 수집된 플라스틱 폐기물에서 탄소가 포함된 특수 플라스틱을 실험실에서 배양해 해양 곰팡이를 분리했다. 연구팀원인 백스마(Vaksma)는 "13C 동위원소는 먹이 사슬에서 추적 가능한 상태로 유지되며 이는 탄소가 어디로 가는지 파악할 수 있게 해주는 태그와 같은 것이고, 연구를 통해 이를 추적했다"고 밝혔다. 이 연구가 과학적으로 뛰어난 이유는 분해 과정을 정량화할 수 있다는 점이라고 백스마는 강조했다. 실험실에서 연구팀은 이 곰팡이에 의한 PE 분해가 하루 약 0.05%의 비율로 발생한다는 것을 관찰했다. 연구팀의 측정에 따르면 곰팡이는 PE를 분해할 때 PE에서 발생하는 탄소를 많이 내보내지는 않았다. 곰팡이가 분해하는 PE의 대부분은 이산화탄소로 변환되어 다시 배출된다. 배출되는 이산화탄소가 강력한 온실가스이지만 환경 등에 새로운 문제를 일으키지는 않는다. 곰팡이가 방출하는 양은 인간이 호흡할 때 방출하는 것처럼 소량에 지나지 않기 때문이다. 자외선의 영향을 받는 경우에만 작용 연구팀은 곰팡이가 PE를 에너지원으로 사용하려면 햇빛의 존재가 필수적이라고 지적했다. 실험실에서 이 곰팡이는 일정한 시간 동안 자외선에 노출된 PE만 분해한다는 것이다. 이는 바다에서 곰팡이가 처음에 해수면 근처에 떠 있던 플라스틱만 분해할 수 있다는 것을 의미한다는 설명이다. 자외선이 플라스틱 자체를 기계적으로 분해한다는 것은 이미 알려져 있지만, 이번 연구 결과는 해양 곰팡이에 의한 생물학적 플라스틱 분해도 활발해질 수 있음을 보여준다. 그 밖의 다른 곰팡이들 많은 양의 다양한 플라스틱이 햇빛에 노출되기 전에 더 깊은 층으로 가라앉기 때문에 곰팡이가 이를 모두 분해할 수는 없다. 연구팀은 바다의 더 깊은 부분에도 플라스틱을 분해하는 아직 알려지지 않은 다른 곰팡이가 있을 것으로 예상했다. 연구진은 해양균류는 탄소로 이루어진 복잡한 물질을 분해할 수 있으며, 해양균류의 양이 많기 때문에 지금까지 확인된 4종 외에 다른 종들도 플라스틱을 분해할 가능성이 높다고 보고 있다. 더 깊은 층에서 플라스틱 분해가 어떻게 일어나는지에 대한 역학에 대해서는 많이 알려지지 않았다. 해저, 폐 플라스틱 집하지 플라스틱을 분해하는 유기체를 찾는 것이 시급하다. 매년 인간은 4000억kg 이상의 플라스틱을 생산하며, 2060년에는 이 양이 적어도 3배 이상 늘어날 것으로 예상된다. 플라스틱 폐기물의 대부분은 바다로 흘러간다. 극지방에서 열대지방에 이르기까지 플라스틱 폐기물은 표층수를 떠돌다가 바다의 더 깊은 곳까지 도달한 후 결국 해저에 묻힌다. 대량의 플라스틱은 결국 바닷물이 거의 정지해 있는 고리 모양 해류인 아열대 환류에 이르게 되는데, 플라스틱이 일단 그곳으로 운반되면 그대로 갇히게 된다. 그 양은 약 8000만kg에 달한다는 추정이다. 떠다니는 거대한 플라스틱의 양은 이미 태평양의 북태평양 아열대 환류에 축적되어 있는데, 이는 전 세계 6대 환류 중 하나일 뿐이다. 그 만큼 해저에 쌓이는 플라스틱의 양이 막대하다는 뜻이다. 해저 플라스틱 분해 박테리아는 플라스틱 오염 문제 해결에 큰 잠재력을 가지고 있다. 그러나 현재 발견된 박테리아는 분해 속도가 느려 플라스틱 오염 해결에 효과적이지 못하다는 문제점이 있다. 지속적인 연구와 투자를 통해 해저 플라스틱 분해 박테리아 기술이 발전한다면 우리는 더욱 깨끗하고 건강한 바다 환경을 유지할 수 잇을 것으로 보인다.
- IT/바이오
2024-06-07
[신소재 신기술(28)] 바이러스 잡는 나노 스파이크 실리콘, 96% 제거 효율!

표면에 접촉하는 바이러스를 96%까지 제거할 수 있는 나노 코팅된 실리콘 신소재가 개발됐다. 호주 로열 멜버른 공과대학교(RMIT) 연구팀은 바이러스 제거가 탁월한 나노 스파이크로 코팅된 새로운 실리콘 소재를 개발했으며, 이 소재는 표면에 닿은 바이러스 입자의 최대 96%를 제거하는 성능을 보였다고 과학 전문 매체 사이언스얼럿이 최근 보도했다. 이 나노 스파이크 실리콘 소재는 병원, 연구실, 멸균 환경이 필수적인 모든 장소에서 활용 가능성이 높다. 연구팀에 따르면 나노 스파이크는 바이러스 입자와 접촉 시 물리적으로 파괴하거나 바이러스의 복제 기능을 저해한다. 연구 결과 6시간 만에 표면상의 거의 모든 바이러스 활성이 저지됐다. 연구팀은 "96% 바이러스 제거율은 표면 접촉을 통해 전염되는 다양한 병원체로부터 사람을 보호하는데 충분하다"고 말했다. 연구를 주도한 RMIT 분자생물학자인 나탈리 보그 박사는 "이 바이러스 제거용 신소재 표면은 육안으로는 평평한 검은 거울처럼 보이지만 실제로는 바이러스를 죽이도록 특별히 설계된 미세한 스파이크로 구성되어 있다. 사람들이 만지는 장치와 표면에 이 소재를 적용하면 바이러스 확산을 방지하고 소독제 사용을 줄일 수 있다"고 설명했다. 자연에서 영감 받은 나노 스파이크 소재 이번 연구는 자연에서 영감을 받았다. 잠자리와 매미 등 곤충의 날개에는 박테리아와 곰팡이를 파괴하는 나노 스케일 스파이크가 있다. 하지만 바이러스는 훨씬 더 작기 때문에 나노 스파이크 실리콘 소재 또한 바이러스처럼 미세해야 한다. 연구팀은 이온 빔 기술을 사용해 실리콘 웨이퍼 일부를 제거해 높이 290nm((나노 미터), 끝 너비 2nm(인체 머리카락보다 3만 배 가늘음)의 스파이크 표면을 만들었다. 이후 연구팀은 기관지염, 폐렴, 크루프 등 질병을 유발하는 네 가지 유형의 인간 파라인플루엔자 바이러스(hPIV-3)를 사용해 이 소재의 항균 효능을 실제 및 이론적으로 검증했다. hPIV-3는 인간 파라인플루엔자 바이러스 중 가장 독성이 강하다. 연구팀은 발표된 논문에서 "특히 우리의 연구는 항바이러스 표면의 설계와 최적화에 대한 귀중한 통찰력을 제공하며, 그 효과를 극대화 하는데 있어 날카로운 나노 피처의 중요한 역할에 중점을 둔다"고 설명했다. 현재 연구는 실험실 단계이지만 이 표면 소재를 확장 적용할 수 있다면 의료 환경에서 획기적인 변화를 가져올 수 있다. hPIV는 급성 호흡기 질환의 3분의 1을 차지하며 특히 어린이는 감염 위험이 높다. 병원은 면역력이 약한 환자가 밀집해 있는 특수 환경으로 인해 방치될 경우 바이러스가 빠르게 확산될 수 있다. 연구팀은 앞으로 다양한 소재 구성 및 다른 바이러스 유형을 대상으로 실험을 진행할 계획이다. RMIT 응용물리학자인 샘슨 마흐 박사는 "실험실이나 의료 시설과 같은 위험한 생물학적 물질에 노출 위험이 있는 고위험 환경에 이 최첨단 기술을 도입한다면 감염병 봉쇄 조치를 크게 강화할 수 있다"고 말했다. 이 연구 결과는 'ACS 나노' 저널에 게재됐다.
- 포커스온
2024-04-08
일본 '붉은 누룩' 건강식품, 4명 사망 후 리콜

일본에서 붉은 누룩(홍국·紅麹) 건강보조식품을 먹고 숨진 환자가 2명에서 4명으로 늘어난 가운데, 보건 당국이 해당 제품의 리콜 명령을 내렸다. 스타 에드버타이저는 27일(현지시간) 콜레스테롤을 낮추는 데 도움이 되는 것으로 알려진 고바야시(小林) 제약회사의 제품은 붉은 누룩의 일종인 '베니코지(benikoji·紅麹)' 성분을 함유하고 있었다며 이같이 보도했다. 닛케이 등 현지 매체에 따르면 고바야시 제약은 28일 붉은 누룩 건강식품을 섭취한 소비자 2명이 새로 숨졌다고 발표했다. 새로운 사망자 2명 가운데 1명은 2021년 이후, 다른 1명은 2022년 초에 붉은 누룩 건강 식품을 섭취했다. 앞서 지난 26일(현지시간) NHK에 따르면 일본의 대형 제약회사인 고바야시 제약은 올해 초 자사의 건강보조식품을 섭취한 사람 2명이 신장 질환으로 사망했다고 밝혔다. '베니코지 콜레스테헬프(紅麹コレステヘルプ)'라는 보충제에는 '베니코지'라는 효모 발효 홍국이 포함되어 있다. 회사는 신장 질환 및 기타 건강 문제에 대한 보고로 인해 이 성분을 함유한 세 가지 유형의 건강 보조 식품을 회수하고 있다. 고바야시제약 측은 고인이 2021년 4월부터 약 3년간 지속해서 '베니코지 콜레스테헬프'를 구매했다는 사실을 고인의 가족으로부터 통보받았다고 밝혔다. 일본 보건부 관계자는 27일 오사카에 본사를 둔 고바야시 제품 외에도 된장, 크래커, 식초 드레싱 등 베니코지가 함유된 다른 회사 제품 40여 개가 지난 주부터 회수됐다고 밝혔다. 현재까지 최소 106명의 입원 사례가 확인됐으며, 이 외에도 더 많은 사람들이 베니코지 섭취와 관련된 질병에 걸렸을 것으로 추정된다. 하지만 모든 질병이 베니코지와 직접적인 관련이 있는지는 아직 명확하지 않다. 농림수산성(농림부)은 28일 식용 색소로 베니코지를 사용한 제품을 포함해 모든 리콜 제품의 목록을 공식 웹사이트에 게시했다. 고바야시는 문제의 원인을 조사하고 있으며, 리콜된 제품은 의사의 처방전 없이 약국에서 구매 가능했다. 고바야시 제약은 지난 22일 공식 성명을 통해 사과했으며, 소비자들에게 문제 제품의 복용 중단과 앞으로의 구매 자제를 요청했다. 보건복지부 관계자는 27일 향후 며칠 안에 추가적인 피해 발생 가능성을 경고하며, 국민들에게 베니코지 함유 제품의 섭취 중단을 강력히 권고했다. 특히, 신장 기능이 약하거나 기타 건강 문제를 가진 사람들은 더욱 취약할 수 있다고 강조했다. 리콜된 모든 제품은 일본에서 생산되었으며, 수입 원료가 포함되었는지 여부는 아직 불분명하다. 일본 언론은 과거에도 수입 건강보조식품 리콜 사례는 있었지만, 일본산 건강보조식품의 대규모 리콜은 이번이 처음이라고 보도했다. 한편, 27일 한국의 식품안전처는 일본 고바야시 제약에 제조 판매한 '붉은 누룩' 건강보조식품 관련 신장 질환 등 사망자와 환자가 발생했다는 소식에 따라 소비자들에게 해외직접 구매시 각별한 주의를 당부했다.
- 생활경제
2024-03-28
오말리주맙, 어린이 알레르기 반응에 효과적

오말리주맙(omalizumab)이 다중 식품 알레르기가 있는 어린이의 알레르기 반응 위험을 줄이는 데 효과적이라는 연구 결과가 발표됐다. 미국 건강 의학 매체 메디컬익스프레스(MedicalXpress) 지난 25일(현지시간) 스탠퍼드 의대 과학자들이 주도한 새로운 연구에 따르면, 오말리주맙을 정기적으로 사용하면 실수로 알레르기가 있는 음식을 소량 섭취했을 때 호흡곤란 등 심각한 알레르기 반응을 예방할 수 있다고 보도했다. 이 연구 결과는 '뉴잉글랜드 의학 저널(New England Journal of Medicine)'에 발표될 예정이다. 원래 미국 식품의약국(FDA)에 의해 알레르기성 천식 및 만성 두드러기 치료 목적으로 승인된 오말리주맙은 다양한 알레르기 질환을 유발하는 항체와 결합하여 이를 비활성화한다. 최근 수집된 데이터를 토대로, FDA는 지난 16일 오말리주맙을 식품 알레르기 반응의 위험 감소를 위한 치료제로 추가 승인했다. 이번 연구에서 참가자 전원은 땅콩을 포함해 적어도 두 가지 이상의 식품에 대해 심각한 알레르기를 가지고 있었다. 오말리주맙 주사를 4개월 동안 1~2개월 간격으로 맞은 후, 118명의 참가자 중 약 3분의 2가 알레르기 유발 식품을 소량이라도 안전하게 섭취할 수 있게 됐다. 특히, 참가자 중 38.4%는 6세 미만의 어린이로, 우발적으로 알레르기 유발 식품을 섭취할 위험이 높은 연령대에 속했다. 알레르기는 흔한 질병 식품 알레르기는 미국에서 어린이의 약 8%, 성인의 10%가 겪고 있는 흔한 질병이다. 심각한 알레르기를 가진 사람들에게는 알레르기 유발 식품을 완전히 피하는 것이 권장되지만, 땅콩, 우유, 계란, 밀 등의 일반적인 알레르기 유발 식품은 많은 곳에 숨어 있어, 파티 참석이나 레스토랑에서 식사하는 등의 일상 활동이 어려워질 수 있다. 이번 연구의 수석 저자이자 의학 및 소아과 부교수인 샤론 친트라자(Sharon Chinthrajah) 박사는 "식품 알레르기는 우발적 노출에 의한 알레르기 반응 위협을 포함하여, 심각한 사회적 및 심리적 영향을 미치며, 일부는 생명을 위협할 수도 있다"고 말했다. 그녀는 또한 "가족들이 알레르기 유발 식품을 피하기 위해 더 비싼 식품을 구매해야 하는 경제적 부담도 직면하게 된다"고 지적했다. 현재 가장 널리 사용되는 식품 알레르기 치료 방법인 경구 면역요법은 의사의 감독 하에 알레르기 유발 식품을 점차적으로 섭취하게 함으로써 내성을 키우는 방식이다. 하지만 이 방법은 알레르기 반응을 유발할 수 있으며, 알레르기 물질에 대한 감작 감소에는 수개월에서 수년이 소요될 수 있다. 특히 여러 식품 알레르기를 가진 환자들의 경우, 보통 한 번에 한 가지 알레르기만 치료받게 되므로, 치료 과정이 길어질 수 있다는 단점이 있다. 이러한 배경에서, 친트라자 박사는 단순한 주의를 넘어서 식품 알레르기 환자들에게 더 넓은 선택권을 제공할 수 있는 치료법의 필요성을 강조했다. 오말리주맙은 모든 유형의 면역글로불린 E(IgE)에 결합하여 이를 비활성화시키는 항체 주사제로, 혈액 및 신체의 면역 세포 내에 존재하는 알레르기 유발 분자를 대상으로 한다. 이 항체는 다양한 식품 알레르기 유발 물질에 대한 동시 완화 효과를 제공할 가능성이 있다. 주사로 심각한 반응 억제 본 연구는 세 가지 이상의 식품 알레르기를 가진 177명의 어린이가 참여했으며, 이 중 38%가 1~5세, 37%가 6~11세, 나머지 24%는 12세 이상이었다. 참가자들의 심각한 식품 알레르기는 피부 찌르기 검사와 식품 도전을 통해 확인됐으며, 땅콩 단백질 100밀리그램 미만과 다른 식품 300밀리그램 미만에 대한 반응을 보였다. 참가자들 중 3분의 2는 무작위로 오말리주맙 주사를 맞았고, 나머지 3분의 1은 외관상으로는 약제와 같으나 실제로는 효과가 없는 플라시보 주사를 맞았다. 주사는 16주 동안 진행되었으며, 약물의 투여량은 각 참가자의 체중과 IgE 수치를 기반으로 결정됐다. 투여량에 따라 2주 또는 4주 간격으로 주사가 이루어졌다. 참가자들은 16주와 20주 사이에 재검사를 받아, 각 알레르기 유발 식품을 얼마나 안전하게 견딜 수 있는지를 확인했다. 재검사 결과, 오말리주맙을 받은 79명의 환자(66.9%)가 땅콩 2~3알에 해당하는 600mg 이상의 땅콩 단백질을 견뎌냈다. 반면, 플라시보 그룹에서는 단 4명(6.8%)만이 같은 양을 견딜 수 있었다. 다른 식품 알레르기 유발 물질에 대한 반응도 유사한 비율로 개선됐다. 오말리주맙을 복용한 환자들 중 약 80%는 적어도 하나의 알레르기 유발 식품을 알레르기 반응 없이 소량 섭취할 수 있었으며, 69%는 두 가지, 47%는 세 가지 알레르기 유발 식품을 각각 소량 섭취할 수 있었다. 오말리주맙은 대체로 안전했으며, 주사 부위에서 경미한 반응이 일부 발생한 것을 제외하고는 다른 부작용이 보고되지 않았다. 이는 1세 이상 어린이를 대상으로 한 오말리주맙의 안전성을 평가한 최초의 연구이다. 연구팀은 오말리주맙이 식품 알레르기 환자들에게 어떠한 혜택을 제공할 수 있는지 더 깊이 이해하기 위해 추가 연구가 필요하다고 지적했다. 친트라자 박사는 "환자들이 이 약을 얼마나 장기간 복용해야 하는지, 우리가 면역 체계에 영구적인 변화를 일으켰는지, 그리고 어떤 요인들이 가장 강한 반응을 나타낼 환자를 예측할 수 있을지에 대해서는 아직 명확히 알지 못한다"고 말했다. 이와 관련하여, 연구팀은 환자들이 알레르기 유발 식품에 대해 의미 있는 내성을 개발했을 때 필요한 모니터링 유형을 포함하여, 이러한 질문들에 대한 답을 찾기 위한 추가 연구를 계획하고 있다. 친트라자 박사는 다수의 식품 알레르기 환자들이 천식, 알레르기성 비염(꽃가루, 곰팡이, 반려동물 또는 집먼지진드기 등의 환경적 요인에 대한 알레르기 반응), 습진 등 오말리주맙으로 치료할 수 있는 기타 알레르기 질환을 함께 겪고 있다고 설명했다. 그는 "이 약물은 의료 시설에서 손쉽게 적용할 수 있는 치료법이며, 이미 많은 알레르기 전문가들이 다양한 알레르기 질환 치료에 이를 활용하고 있다"고 말했다.
- IT/바이오
2024-02-27
미지의 RNA 조각 '오벨리스크', 인간 장과 입에서 발견

과학자들이 인간의 장과 입 안에 존재하는 박테리아를 감염시키는 새로운 유형의 RNA 조각인 '오벨리스크'를 발견했다고 과학 학술지 네이처(Nature)가 최근 보도했다. 논문의 공동 저자이자 캘리포니아 스탠퍼드 대학교의 생화학자인 이반 젤루데프((Ivan Zheludev)와 그의 연구팀은 새로 발견된 납작한 원으로 이루어진 납작한 원 모양의 RNA에 '오벨리스크'라는 이름을 붙였다. 저자들의 분석에 따르면 이 원은 막대 모양의 구조로 접혀 있다. 표준 생명체로 간주하기에는 너무 작은 이 유전 물질 조각은 세포가 읽을 수 있는 정보를 전달하는 가장 작은 요소 중 하나이며, 이들이 암호화하는 염기서열은 과학계에서 처음 밝혀진 것이라고 네이처는 전했다. 젤루데프와 그의 연구팀은 바이로이드(viroids, 바이러스와 비슷한 작은 RNA)의 특징적인 원형 구조를 이용해 인간 대변의 RNA 데이터베이스에서 유사한 요소를 검색했다. 그 결과, 연구팀은 오벨리스크를 발견했다. 이 연구는 지난 1월 21일 '바이오아카이브(bioRxiv)' 프리프린트 서버에 게시됐으며, 아직 동료 심사를 거치지 않았다. 바이오아카이브는 생물학 분야의 프리프린트 서버로 과학자들이 아직 동료 검토를 거치지 않은 연구 결과를 공유하고 논의할 수 있는 플랫폼이다. 채플힐 노스캐롤라이나 대학의 세포 및 발달 생물학자 마크 페이퍼는 이 연구에 참여하지는 않았지만 "이 연구를 통해 과학적 발견이 가져다주는 기쁨에 대한 감각을 다시금 되살렸다고 말했다. 그는 "세상은 새로운 것들로 가득하다. 그리고 일단 찾기 시작하면 찾을 수 있다"고 했다. 납작한 원은 이전에도 바이러스와 비슷하지만 훨씬 작은 RNA로 만들어진 구조물인 '바이로이드'의 형태로 관찰된 적이 있다. 바이로이드는 1970년대에 처음 발견되었는데, 그 중 일부는 식물에 질병을 일으키는 것으로 밝혀졌다. 곧이어 과학자들은 인간에게 감염을 일으킬 수 있는 유사한 요소를 발견했다. 지난 5년 동안 다양한 동물과 곰팡이에서 바이러스와 유사한 요소가 발견됐다는 연구 결과가 속속 보고되었으며, 작년 논문에서는 이러한 요소가 박테리아에도 존재할 수 있다는 첫 번째 힌트를 제공했다. 오벨리스크는 많은 바이로이드와 동일한 모양을 갖고 있지만 유전자 서열은 매우 다르다. 즉, 서로 별개이지만 관련된 그룹을 구성하고 있음을 의미한다. 후속 검색 결과 모든 대륙의 사람들로부터 채취한 대변 샘플에서 수많은 오벨리스크가 발견됐다. 연구팀은 대부분 북미 지역 출신인 472명의 개인으로부터 수집한 장내 미생물군 샘플 중 약 10%에서 오벨리스크에 대한 증거를 발견했다. 오벨리스크가 인간의 건강에 어떤 영향을 미치는지는 아직 알려져 있지 않다. 연구팀은 오벨리스크 계열을 발견한 일반적인 구강 박테리아 스트렙토코커스 상귀니스(Streptococcus sanguinis)에서 그 해답을 찾을 수 있을 것으로 기대하고 있다. 마르케즈-몰린스와 부코비치는 S. 상귀니스는 성장하기 쉽기 때문에 과학자들이 이 박테리아를 사용하여 오벨리스크의 복제 방식, 박테리아에 미치는 영향, 단백질의 기능에 대한 의문을 해결할 수 있을 것이라고 가정하고 있다. 이러한 실험을 통해 생명의 기원에 대한 진실을 밝혀낼 수도 있다고 네이처는 전했다. 부코비치는 일부 과학자들은 바이로이드와 그 친척들이 작고 단순하며 자기복제 능력이 있기 때문에 지구상의 모든 생명체의 선구자라고 추측하고 있다고 말했다. 과학자들은 오벨리스크를 처음 발견했지만, 오벨리스크는 처음부터 우리를 형성했을지도 모른다는 분석도 있다. 향후 연구에서는 오벨리스크의 기능과 인간 건강에 미치는 영향에 대한 보다 자세한 조사가 필요하다. 젤루데프 연구원은 "오벨리스크는 생명체의 기본적인 구성 요소에 대한 새로운 통찰력을 제공한다. 이는 생명의 기원과 진화에 대한 우리의 이해를 크게 바꿀 수 있는 흥미로운 발견이다"라고 말했다.
- IT/바이오
2024-02-05
커피 찌꺼기, 모기 퇴치·친환경 활용 꿀팁

커피 찌꺼기는 모기 퇴치뿐만 아니라 주방 세제 등 다양한 용도로 사용할 수 있다. 갓 내린 커피의 향은 많은 사람들에게 안락함과 에너지를 전하는 신호로 여겨진다. 뿐만 아니라 사용한 커피 찌꺼기를 냉장고나 신발장에 넣으면 냄새와 습도를 흡수해 준다. 더불어 은은한 커피 향이 퍼져서 쾌적한 분위기를 조성할 수 있다. 미국 온라인 매체 하우스다이제스트(housedigest)는 커피 찌꺼기를 차고에서 활용하는 것이 놀라울 정도로 유용한 방법이 될 수 있다고 소개했다. 이 매체는 커피 찌꺼기가 악취 제거에 도움을 주는 것 뿐만 아니라 차고에 모기가 모이는 것을 방지하는 데도 효과적이라고 설명했다. 차고는 배기 가스, 잔류 페인트, 자동차 냄새 등으로 인해 퀴퀴하거나 불쾌한 냄새가 나는 공간일 수 있다. 이때 커피 찌꺼기는 자연의 방향제 역할을 하여 악취를 흡수하고 중화시킨다. 찌꺼기의 다공성 구조는 스펀지처럼 작용하여 원치 않는 냄새를 흡수하고 중화시킨다는 것. 또한 카페인에서 나오는 질소는 불쾌한 냄새를 흡수하는 데 도움이 된다. 더 나은 향기 분배를 위해서는 통풍구 아래에 커피 찌꺼기를 놓으면 좋다. 모기 퇴치 효과 커피 찌꺼기가 모기 퇴치에 효과적일 수 있다는 의견이 있다. 강한 향이 있는 커피 찌꺼기는 모기들이 싫어하는 냄새로 알려져 있다. 커피 찌꺼기 특유의 톡 쏘는 향이 모기를 막아줄 수 있다는 증거가 있다. 카페인, 산, 그리고 다른 화합물들의 조합은 모기가 싫어하는 냄새를 형성해 커피 찌꺼기가 있는 장소로 모기가 못 오게 만들거나, 모기가 해당 장소에 알을 낳을 가능성을 줄일 수 있다. 이러한 특성은 또한 차고에서 민달팽이, 말벌, 벼룩, 그리고 개미를 퇴치하는 데 도움을 줄 수 있다. 커피 찌꺼기가 모기 퇴치에 효과적인 또 다른 방법은 사람의 냄새를 가리는 특성이 있다. 모기는 인간이 내뿜는 특정 냄새에 끌리며, 커피 찌꺼기는 이러한 냄새를 가리는 데 도움이 되어 모기가 사람을 찾는 것을 더 어렵게 만들 수 있다. 중요한 점은 '신선도' 차고에서 커피 찌꺼기를 사용할 때 염두에 두어야 할 몇 가지 사항이 있다. 그 중에서도 가장 중요한 것은 신선함이다. 최대의 효과를 얻기 위해서는 최근에 양조한 찌꺼기를 선택해 건조해야 한다. 오래된 것이나 축축한 커피 찌꺼기는 효능을 잃고 냄새 흡수나 해충 억제력이 거의 없다. 최악의 경우 곰팡이 포자가 자라도록 조장할 수 있다. 갓 양조하고 말린 커피 찌꺼기를 사용하거나 모기를 멀리하기 위해 찌꺼기를 태우는 것이 더 좋다. 더 큰 효과를 얻기 위해 팬에 넣고 가볍게 구워 더 많은 향을 내고, 그 다음에 입구와 안뜰 주변에 커피 찌꺼기 그릇을 놓아두면 곤충이 들어오는 것을 막을 수 있다. 커피 찌꺼기 스프레이를 만들 수도 있다. 사용한 커피 찌꺼기를 물에 넣고 끓여서 혼합물을 식힌 다음 액체를 스프레이 병에 걸러낸다. 일시적인 보호를 위해 피부나 옷에 뿌릴 수 있다. 커피 찌꺼기 스프레이를 만들 수도 있다. 사용한 커피 찌꺼기를 물에 넣고 끓여서 혼합물을 식힌 다음 액체만 걸러 스프레이 병에 넣는다. 이를 피부나 옷에 뿌리면 일시적으로 보호 효과를 낸다. 사용한 찌꺼기는 퇴비통이나 일반 쓰레기통에 버리는 것이 좋다. 배수구에 버리면 배수관을 막을 수 있어서 주의해야 한다. 이외에도 커피 찌꺼기는 훌륭한 천연 비료로 활용될 수 있다. 커피 찌꺼기에는 식물 성장에 필요한 질소, 칼륨, 인 등의 영양분이 풍부하며, 토양에 섞어주면 토양의 질을 개선하고 식물의 성장을 돕는 데 기여할 수 있다. 또한 세안 시에 사용하면 스크럽 효과를 주어 피부의 노폐물을 제거하고 혈액 순환을 촉진하는 데 도움이 된다. 특히 주방에서 설거지를 위한 세제로 사용할 때 거친 질감이 기름과 음식물 찌꺼기를 효과적으로 제거해 준다.
- 생활경제
2024-02-05
美 MIT, 미생물 비료 코팅 개발…재생농업 촉진

미국 매사추세츠 공과대학(MIT) 화학자들은 지속 가능한 대안으로 질소 고정 박테리아를 사용해 화학 비료의 탄소 배출량을 줄이고 있다. 과학 전문 매체 사이테크데일리(SciTechDaily)는 MIT 화학 엔지니어들이 박테리아 세포의 성장이나 기능을 방해하지 않으면서 세포를 손상으로부터 보호하는 금속-유기 코팅을 개발해 종자 발아율을 크게 향상시켰다고 보도했다. 이러한 혁신은 미생물 비료의 접근성을 높이고 재생 농업을 촉진할 수 있다. 이 코팅은 박테리아 세포의 표면에 금속과 폴리페놀로 구성된 삼각형 모양의 구조를 형성한다. 이러한 구조는 박테리아 세포를 둘러싸고 보호막을 형성하여 열이나 습도, 건조 등의 손상으로부터 박테리아 세포를 보호해주어 미생물 비료의 안정성을 향상시킬 수 있다. 화학 비료 생산은 전 세계 온실 가스 배출량의 약 1.5%를 차지한다. MIT 화학자들은 일부 화학 비료를 보다 지속 가능한 공급원인 박테리아로 대체하여 탄소 발자국을 줄이는 데 도움이 되기를 기대하고 있다. 질소 가스를 암모니아로 전환할 수 있는 박테리아는 식물에 필요한 영양분을 제공할 뿐만 아니라 토양을 재생하고 해충으로부터 식물을 보호하는 데 도움이 될 수 있다. 그러나 이러한 박테리아는 열과 습도에 민감하기 때문에 대량 생산해서 농장으로 배송하기가 어렵다. 박테리아 민감성 극복 이러한 장애물을 극복하기 위해 MIT 화학 엔지니어들은 박테리아 세포의 성장이나 기능을 방해하지 않으면서 손상으로부터 세포를 보호하는 금속-유기 코팅을 개발했다. 새로운 연구에서 MIT 연구진은 이러한 코팅 박테리아가 옥수수와 청경채와 같은 채소를 포함한 다양한 종자의 발아율을 향상시킨다는 사실을 발견했다. 코팅된 박테리아로 처리한 씨앗은 코팅되지 않은 신선한 미생물로 처리한 씨앗에 비해 발아율이 150% 증가했다. 연구를 주도한 MIT 화학 공학과 아리엘 퍼스트(Ariel Furst) 박사는 "이 코팅은 농부들이 미생물을 비료로 배치하는 것을 훨씬 쉽게 만들 수 있다. 건조 공정으로부터 박테리아를 보호하고, 액체가 아닌 건조 분말이기 때문에 훨씬 더 쉽고 더 적은 비용으로 유통할 수 있다. 또한 섭씨 55.55도(화씨 132도)까지 견딜 수 있으므로 이러한 미생물을 냉장 보관을 사용할 필요가 없다"라고 말했다. 연구진은 이 기술은 화학 비료 사용을 줄여 환경 오염을 감소시킬 수 있고 토양의 영양분을 보충하고 토양을 건강하게 유지하는 데 도움이 될 수 있어 농업의 지속 가능성을 높이기를 기대한다. 이번 연구는 최근 '미국 화학학회지 Au'에 게재됐다. 미생물 보호 코팅 화학 비료는 공기 중의 질소와 수소를 결합하여 암모니아를 만드는 데 매우 높은 압력을 사용하는 에너지 집약적인 하버-보쉬 공정을 통해 제조된다. 화학 비료의 또 다른 단점으로는 이 과정에서 상당한 탄소 발자국이 발생한다는 점 외에도 장기간 사용하면 결국 토양의 영양분이 고갈된다는 것이다. 토양을 복원하기 위해 일부 농부들은 작물 순환과 퇴비화 등 다양한 전략을 사용해 토양을 건강하게 유지하는 '재생 농업'으로 전환하고 있다. 질소 가스를 암모니아로 전환하는 질소 고정 박테리아가 이러한 접근 방식에 도움이 될 수 있다. 퍼스트 박사는 열과 동결 건조로부터 미생물을 보호하기 위해 이전에 소화관으로 전달되는 치료용 박테리아를 보호하는 등 다른 용도로 미생물을 캡슐화하기 위해 개발한 금속-페놀 네트워크(MPN)라는 코팅을 적용하기로 결정했다. 이 코팅에는 금속과 폴리페놀이라는 두 가지 유기 화합물 성분이 포함되어 있어 스스로 조립되어 보호막을 형성할 수 있다. 철, 망간, 알루미늄, 아연 등 코팅에 사용되는 금속은 식품첨가물로서 안전한 것으로 간주된다. 식물에서 흔히 발견되는 폴리페놀은 탄닌과 오트 등의 분자를 포함한다. 퍼스트 박사는 "우리는 그 자체로 효능이 있는 것으로 알려진 천연 식품 등급의 화합물을 사용하여 미생물을 보호하는 작은 갑옷을 만들고 있다라고 말했다. 이 연구를 위해 연구팀은 12가지 MPN을 만들어 유해한 곰팡이와 기타 해충으로부터 식물을 보호하는 질소 고정 박테리아인 슈도모나스 클로로라피스를 캡슐화하는 데 사용했다. 연구진은 모든 코팅이 최대 섭씨 50도(화씨 122도)의 온도와 최대 48%의 상대 습도로부터 박테리아를 보호한다는 사실을 발견했다. 또한 코팅은 동결 건조 과정에서도 미생물의 생존을 유지했다. 종자 발아 향상 연구팀은 망간과 에피갈로카테킨 갈레이트(EGCG)라는 폴리페놀의 조합인 가장 효과적인 MPN으로 코팅된 미생물을 사용하여 실험용 접시에서 종자 발아를 돕는 능력을 테스트했다. 또 연구팀은 코팅된 미생물을 접시에 넣기 전에 50°C로 가열한 후 코팅되지 않은 신선한 미생물과 동결 건조된 코팅되지 않은 미생물을 비교했다. 연구 결과 코팅된 미생물은 발아율을 150% 향상 시켰다. 퍼스트 박사는 "기술을 개발할 때는 의도적으로 저렴하고 접근하기 쉽도록 설계해야 하는데, 이 기술이 바로 그런 기술이다. 이 기술은 재생 농업의 대중화에 도움이 될 것이다라고 말했다. 퍼스트 박사는 이 기술을 상용화하기 위해 세이아 바이오(Seia Bio)라는 회사를 설립했다. 세이아 바이오는 현재 이 코팅을 적용한 미생물 비료를 농업 현장에 적용하는 데 대한 연구를 진행하고 있다.
- 산업
2023-12-28
천연 곰팡이 '수목균근균', 옥수수 수확량 40% 증가시켜

천연 곰팡이의 일종인 수목균근균(AMF)이 농작물 수확량을 40%나 향상시킨다는 연구 결과가 나왔다. 현재 세계는 인구 증가와 기후 변화로 인해 식량 부족에 대한 위협에 직면해 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 많은 나라들이 농업 생산성 향상에 노력하고 있다. 과학기술 전문 매체 뉴 아틀라스(NEW ATLAS)에 따르면 스위스 연구팀이 옥수수 농지 토양에 수목균근균(AMF)을 처리하면 추가 비료나 살충제 사용 없이도 옥수수 수확량을 40%까지 향상시킬 수 있다는 연구 결과를 발표했다. 수목균근균은 식물의 뿌리와 공생하는 곰팡이로, 식물에 영양분을 공급하고 병원균으로부터 보호하는 역할을 한다. 이 연구에서 연구팀은 스위스의 54개 옥수수 농장의 800개 시험 재배지에서 파종 전에 수목균근균(AMF)을 토양에 혼합했다. 이 균류는 건강한 토양에서 자연적으로 발생하며 식물의 뿌리에 침투해 나무와 같은 '구조물(arbuscules, 아부스큘레)'을 형성한다. 이 구조물이 가지를 뻗으면 식물의 뿌리 표면적을 넓혀 영양분 흡수를 높인다. 이 연구의 공동 책임자이자 취리히 대학교의 토양 생태학자이자 농업 연구 센터인 아그로스코프의 마르셀 반 데어 헤이덴 박사는 "4분의 1의 농지에서 균근균이 최대 40%의 수확량 향상을 가져왔다"며 "엄청난 일이죠"라고 말했다. 연구 결과, 수목균근균을 처리한 시험 구획 농지 약 25%에서 옥수수 수확량이 40%까지 증가했다. 나머지 농지의 3분의 1에서는 수확량이 거의 증가하지 않거나 심지어 감소하기도 했다. 스위스 연방정부의 농업연구기관인 아그로스코프(Agroscope)의 공동 제1저자인 스테파니 루츠는 "토양에 많은 곰팡이 병원균이 존재할 때 (수목균근균) 접종이 가장 효과적이라는 사실을 발견했다"라고 말했다. 곰팡이(균근균)는 토양에 대한 1차 방어선을 제공해 작물 수확량을 감소시킬 수 있는 식물을 공격하는 병원균을 막는 것으로 알려져 있다. 다시 말하면, 병원균이 많은 토양에서는 수목균근균이 식물을 보호함으로써 수확량을 동일하게 유지하거나 오히려 수확량 증대 효과가 나타났다. 연구팀은 토양 마이크로바이옴 지표를 사용하여 파종 전에 주어진 구획에 대해 86%의 정확도로 식물 성장의 변화를 성공적으로 측정했다. 이를 통해 10개의 밭 중 9개 밭에서 접종 성공을 예측할 수 있었고, 따라서 수확량을 예측할 수도 있었다. 이번 연구 결과는 균근균이 식량 생산성을 높이는 데 효과적인 수단이 될 수 있음을 보여준다. 특히, 병원균에 감염된 토양에서 균근균의 효과가 두드러지게 나타났다. 이는 균근균이 식물을 병원균으로부터 보호하는 역할을 한다는 것을 시사한다. 수목균근균은 비료나 살충제 사용 없이도 식량 생산성을 높일 수 있는 친환경적인 방법이다. 따라서 이번 연구 결과는 지속 가능한 농업을 실현하는 데 기여할 것으로 기대된다. 균근균은 토양을 건강하게 유지하고 식물의 영양소 흡수를 촉진하는 효과가 입증되면서 농업 분야에서 주목받고 있다. 특히, 전 세계적으로 토양 황폐화가 심화되고 있는 상황에서 균근균은 지속 가능한 농업을 실현하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
- 산업
2023-12-14
커피 찌꺼기, 숯보다 뛰어난 탈취력으로 환경 지킨다

커피를 추출하고 남은 찌꺼기는 환경보호에 유용하게 사용될 수 있다. 일본의 웨더뉴스 보도에 따르면 커피 찌꺼기는 숯보다 우수한 탈취 효과를 가지고 있다. 웨더뉴스의 2022년 설문조사 결과, 커피 찌꺼기를 버리는 사람이 61%에 달했다. 이는 커피 찌꺼기의 높은 탈취력을 잘 모르고 있는 데 따른 것으로 보인다. 커피 찌꺼기는 활성탄의 5배에 달하는 탈취 효과가 있어 환경을 지키는 데 활용할 수 있다. 커피 찌꺼기는 다공성 구조를 가지고 있어 암모니아를 효과적으로 흡수한다. 또한 추출된 커피 찌꺼기의 분자는 암모니아를 화학적으로 흡착 및 중화하여 불쾌한 냄새를 제거하고 탈취 효과를 발휘한다. UCC 커피 아카데미의 연구에 따르면, 커피 찌꺼기는 활성탄에 비해 암모니아 흡수율이 높다. 수분 함량이 7%인 활성탄은 암모니아 흡수율이 17.3%인 반면, 수분 함량이 4%인 커피 찌꺼기는 41.0%, 수분 함량이 21%인 커피 찌꺼기는 90.5%의 흡수율을 보여, 활성탄보다 최대 5.23배 높은 효과를 나타냈다. 커피 찌꺼기의 탈취 효과를 살린 재사용 방법은 다음과 같다. 화장실이나 냉장고 탈취제 집에서 커피를 추출한 후 남은 찌꺼기는 화장실이나 냉장고의 탈취제로 유용하게 사용될 수 있다. 커피 찌꺼기를 평평한 용기에 담아 화장실에 두면 탈취 효과를 볼 수 있으며, 1~2일마다 교체하는 것이 좋다. 고온에서는 곰팡이가 생길 수 있으니 주의해야 한다. 커피 찌꺼기를 말려 신발이나 신발장, 냉장고 등에 넣어 탈취제로 사용할 수 있다. 커피 찌꺼기를 충분히 말린 후 부직포 봉지에 넣으면 신발장이나 냉장고용 탈취제로 사용할 수 있다. 건조한 찌꺼기를 티팩과 같은 봉지에 넣어 사용하면 흩날림을 방지할 수 있다. 잡초 방제와 비료 효과 커피 찌꺼기는 정원 가꾸기에도 유용하다. 일본 UCC와 긴다이 대학 농학부의 공동 연구에 따르면, 커피 찌꺼기를 토양에 혼합하면 겨울에는 해바라기, 여름에는 호밀 등 식물의 성장에 긍정적인 효과가 있는 것으로 나타났다. 커피 찌꺼기는 토양에 혼합하면 첫해에는 식물의 성장을 억제할 수 있다. 이는 커피 찌꺼기에 포함된 카페인과 폴리페놀 등의 물질이 작용하기 때문으로 추정된다. 하지만 토양과 혼합한 후 12개월이 지나면 식물의 성장 억제 효과가 감소하고, 두 번째 해에는 토양 내 비료로 사용되는 탄소와 질소의 함량이 증가하는 등 토양의 질 개선 효과가 나타난다. 커피 찌꺼기는 식물의 성장을 촉진하고 병충해에 대한 저항력을 강화하는 효과가 있다. 또한, 퇴비로 쉽게 전환될 수 있어 토양 개량에도 매우 효과적이다. 이렇게 다양한 활용 방안이 있는 커피 찌꺼기는 단순한 쓰레기가 아닌 친환경적인 자원이다. 커피를 마신 후에는 커피 찌꺼기를 버리지 않고, 정원 가꾸기나 탈취제 등 다양한 방법으로 재활용함으로써 환경 보호에 기여할 수 있다.
- 생활경제
2023-12-01
조류·달팽이에서 유전자 편집 능력 발견⋯의료계 혁신 기대

조류와 달팽이가 유전자 편집 능력을 숨기고 있다는 사실이 밝혀졌다. 과학기술 전문매체 '사이테크데일리(SciTechDaily)'와 '뉴아틀라스' 등 다수 외신은 매사추세츠 공과대학(MIT) 내 맥거번(McGovern) 뇌연구소의 연구팀이 달팽이부터 조류, 아메바에 이르기까지 다양한 종들이 판저(Fanzor)로 알려진 프로그램 가능한 DNA 절단 효소를 만든다는 사실을 밝혀냈다고 보도했다. Fanzor는 CRISPR(크리스퍼, 일명 유전자를 자르는 '가위')로 널리 사용되는 유전자 편집 시스템을 구동하는 박테리아 효소와 마찬가지로 특정 부위에서 DNA를 절단하도록 프로그래밍할 수 있는 RNA 유도 효소다. CRISPR은 유전자의 특정 부위를 절단해 유전체 교정을 가능하게 하는 리보핵산 기반 인공 제한효소를 말한다. MIT의 맥거번 뇌연구소의 과학자들은 현재 3600개 이상의 Fanzor를 식별했다. 뉴 아틀라스는 이는 신약, 유전 치료 및 생명공학 개발에 막대한 기회를 제공할 것이라고 전했다. 최근 '사이언스 어드밴스(Science Advances)' 저널에 보고된 새로 인정된 천연 Fanzor 효소의 다양성은 연구나 의학을 위한 새로운 도구에 적용할 수 있는 광범위한 프로그래밍 가능한 효소 세트를 과학자들에게 제공할 것으로 기대된다. 맥거번 펠로우 오마르 아부다예(Omar Abudayyeh)는 "RNA 유도 생물학을 사용하면 정말 사용하기 쉬운 프로그래밍 가능한 도구를 만들 수 있기 때문에 더 많이 찾을수록 더욱 유리하다"고 말했다. 유전자 치료법 개발 가능 연그팀은 고대 박테리아 방어 시스템인 CRISPR는 RNA 유도 효소가 실험실에서 사용하도록 조정될 때 얼마나 유용할 수 있는지를 분명하게 보여줬다고 말했다. MIT 교수이자 맥거번 연구원인 펭 챵(Feng Zhang), 오마르 아부다예, 조나단 구텐베르그(Jonathan Gootenberg) 등이 개발한 CRISPR 기반 게놈 편집 도구는 과학자들이 DNA를 수정하는 방식을 변화시켜 연구를 가속화하고 많은 실험적 유전자 치료법의 개발을 가능하게 한다. 이후 연구자들은 박테리아 세계 전체에서 다른 RNA 가이드 효소를 발견했고, 그 중 상당수는 실험실에서 가치 있는 기능을 가지고 있음을 식별했다. 올해 초 챵의 팀에 의해 RNA 유도 방식으로 DNA를 절단하는 능력이 보고된 Fanzor의 발견은 RNA 유도 생물학의 새로운 지평을 열었다는 평가를 받고 있다. Fanzor는 진핵생물에서 발견된 최초의 효소다. 진핵생물은 각 세포의 유전 물질을 보유하고 있는 막으로 둘러싸인 핵으로 정의되는 식물, 동물, 곰팡이를 포함한 광범위한 생명체 그룹이다. 아부다예와 구텐베르그는 진핵생물에서 자연적으로 진화한 효소가 인간을 포함한 다른 진핵생물의 세포에서 안전하고 효율적으로 기능하는 데 더 적합할 수 있다는 것이 기대된다고 말했다. 챵의 연구팀은 Fanzor 효소가 인간 세포의 특정 DNA 서열을 정확하게 절단하도록 조작될 수 있음을 보여줬다. 아울러 새로운 연구에서 일부 Fanzor가 최적화 없이도 인간 세포의 DNA 서열을 표적으로 삼을 수 있음을 발견했다. 진화적 통찰력과 응용 가능성 기존 연구에서는 진핵생물 중에서 수백 개의 Fanzor가 발견됐다. 실험실 구성원인 저스틴 림(Justin Lim)이 주도한 광범위한 유전자 데이터베이스 검색을 통해 연구팀은 이제 이효소들의 다양성을 크게 확장시켰다. 연구팀은 진핵생물과 이를 감염시키는 바이러스에서 발견한 3600개 이상의 Fanzor 중에서 5개의 서로 다른 효소 계열을 식별했다. 이들 효소의 정확한 구성을 비교 분석함으로써 연구팀은 그들의 긴 진화 역사를 밝혀냈다. Fanzor는 TnpB라고 불리는 RNA 유도 DNA 절단 박테리아 효소에서 진화했을 가능성이 높다. 실제로 챵의 연구팀과구텐베르그 및 아부다예 팀 모두 Fanzor와 이러한 박테리아 효소와의 유전적 유사성에 주목했다. 구텐베르그와 아부다예가 추적한 진화적 연관성은 Fanzor의 박테리아 전임자가 진핵 세포에 들어가서 두 번 이상 진화를 시작했음을 암시한다. 일부는 바이러스에 의해 전염되었을 가능성이 있는 반면, 다른 일부는 공생 박테리아에 의해 도입됐을 수 있다. 이 연구는 또한 효소가 진핵생물에 흡수된 후 DNA에 접근할 수 있는 세포핵으로 들어갈 수 있게 하는 신호와 같이 새로운 환경에 적합한 특징을 진화시켰다고 제안한다. 생물학 공학 대학원생 카이위 지앙(Kaiyi Jiang)이 이끄는 연구팀은 유전적 및 생화학적 실험을 통해 Fanzor가 이전 박테리아와는 다르게 DNA 절단 활성 부위를 진화시켰음을 밝혀냈다. 연구 결과, 이 효소는 시험관내 DNA 서열을 목표로 삼을 때 TnpB의 조상인 표적 서열을 더 정확하게 절단할 수 있게 하는 것으로 나타났다. 이는 Fanzor가 더 선택적인 DNA 절단 활동을 가지며 임의의 서열 절단을 피한다는 것을 의미한다. 또한 연구팀은 RNA 가이드를 사용하여 Fanzor가 인간 세포 게놈의 특정 부위를 대상으로 절단하도록 했을 때 특정 Fanzor가 약 10~20%의 효율성으로 이러한 표적 서열을 절단할 수 있음을 발견했다. 연구팀은 추가적인 연구를 통해 Fanzor에서 다양한 정교한 게놈 편집 도구를 개발할 수 있기를 기대한다. 구텐베르그는 이를 "다기능을 갖춘 새로운 플랫폼"이라고 말했다. 아부다예는 "이러한 유형의 RNA 유도 시스템을 진핵생물 세계 전체에 개방하는 것은 우리에게 많은 가능성을 제공할 것이다"라고 강조했다.
- IT/바이오
2023-11-22
바나나, 멸종 위기…캐번디시 '파나마병 TR4' 남미 확산

세계적으로 가장 많이 소비되는 캐번디시 바나나가 멸종 위기에 직면했다. 영국 매체 조(JOE)에 따르면, 캐번디시 바나나를 위협하는 파나마병 TR4가 최근 남아메리카에서도 발견됐다. 파나마병 TR4는 토양에서 서식하는 곰팡이로, 식물의 혈관계를 공격하여 식물의 시들게 한다. 이 병균은 이미 아시아, 아프리카, 중동, 호주, 중앙 아메리카에서 카벤디시 바나나를 감염시켰다. 캐번디시 바나나는 전 세계 바나나 생산량의 약 47%를 차지하는 품종으로, 영국에서만 연간 50억 개 이상이 소비된다. 캐번디시 바나나는 비교적 저렴한 가격과 달콤한 맛으로 많은 소비자들에게 사랑받고 있다. 유전자 변형 기술로 저항력 향상 연구 과학자들은 유전자 변형 기술을 활용하여 캐번디시 바나나의 병에 대한 저항력을 향상시키기 위한 연구를 진행 중이다. 퀸즐랜드 과학기술대학(QUT)의 연구팀은 QCAV-4라는 유전자 변형 캐번디시 바나나를 개발하고 있다. QUT의 제임스 데일 교수는 "캐번디시 바나나의 수출 시장이 심각하게 영향을 받기 전에 해결책이 마련될 것이라고 확신한다"고 말했다. 그러나 현재 유전자 변형 기술은 아직 상용화 단계에 이르지 못했으며, 캐번디시 바나나를 대체할 수 있는 새로운 품종 개발에도 상당한 시간이 걸릴 것으로 예상된다. 만약 캐번디시 바나나가 멸종될 경우, 식품 공급망에 큰 혼란이 발생할 것으로 우려된다. 바나나는 전 세계에서 가장 많이 소비되는 과일 중 하나로, 바나나를 주 원료로 사용하는 다양한 제품들 또한 이에 영향을 받을 수 있다. 한국 바나나 소비량 한국에서 바나나는 과일 중에서 가장 많이 소비되는 품목 중 하나다. 2022년 기준, 우리나라의 바나나 소비량은 약 100만 톤으로, 이는 전세계 바나나 소비량의 약 1%에 해당하는 규모다. 국내에서 소비되는 바나나는 주로 에콰도르, 필리핀, 콜롬비아 등에서 수입되는 캐번디시 바나나다. 파나마병 TR4가 국내에 유입될 경우, 캐번디시 바나나 의존도가 높은 국내 바나나 산업에 큰 타격이 예상된다. 정부는 파나마병 TR4의 국내 유입 방지를 위해 검역 강화 등의 조치를 취하고 있다. 또한, 캐번디시 바나나를 대체할 수 있는 새로운 바나나 품종을 개발하기 위한 연구도 진행하고 있다.
- 생활경제
2023-11-06
플라스틱 먹는 '효소' 연구 활성화⋯고비용 과제

플라스틱을 먹는 효소가 개발이 활성화돼 폐플라스틱 처리에 힘을 보탤 전망이다. 환경오염 주범으로 꼽히는 지구를 뒤덮은 폐플라스틱을 재활용하기 위해 수 많은 연구팀들은 다양한 해결책을 찾고 있다. 특히, 벌집나방 애벌레와 같은 생물학적 자원 활용은 소각이나 매립보다 환경친화적으로 플라스틱을 처리하는 유용한 도구가 될 수 있다. 미국 생화학·분자 생물학 매거진 'ASBMB 투데이'에 따르면, 스페인 생물학자 페데리카 베르토치니(Federica Bertocchini)는 약 10년 전 벌집나방의 애벌레가 플라스틱의 일종인 폴리에틸렌을 먹어 치운다는 사실을 발견했다. 폴리에틸렌은 플라스틱 용기 등을 만드는 데 흔하게 이용되지만, 잘 분해 되지 않는 특성이 있어 폐기가 어렵다는 단점이 있다. 최근 과학자들은 매립지나 자동차폐차장 등을 찾아다니면서 플라스틱을 분해할 수 있는 유기체를 찾고 있다. 이를 채취해 플라스틱의 구성 요소를 회수하는 효율적인 방법을 찾길 기대하고 있는 것. 이후 새로운 재료를 조합해 ‘무한 재활용’이 가능하도록 한다는 계획이다. 영국 포츠머스대 효소혁신센터 존 맥기한(John McGeehan)은 "놀랍게도 전 세계의 수백 개 그룹과 수천 명의 과학자들이 이 문제를 연구하고 있다"고 설명했다. 폐플라스틱, 환경오염 주범 플라스틱은 1950년대 들어 본격적으로 생산됐고 생산량도 급증했다. 매년 약 4억6000만 톤에 가까운 플라스틱이 생산되는 것으로 추정된다. 하지만 이렇게 생산된 플라스틱은 아쉽게도 소각하거나 매립지에 묻히고 있다. 플라스틱은 지구상의 심해나 극지방을 비롯해 비를 타고 내려오거나, 심지어 태반이나 모유, 사람의 혈액에서도 흔적이 보고 되는 등 우리 눈에 보이지 않는 구석구석까지 침투했다. 이처럼 플라스틱은 건강과 환경 문제와 직접 연결되어 있다. 그럼에도 수요는 줄어들지 않고 있으며, 생산량은 오는 2050년까지 10억 톤을 넘길 것으로 예상된다. 플라스틱은 가볍고, 형태를 잡기 쉬운 특성 때문에 이를 대체할 마땅한 소재가 없기 때문이다. 현실적으로 모든 플라스틱을 교체하거나 재활용할 수 없다는 점에서 차선책은 덜 만드는 것이다. 또 약 9%에 불과한 전 세계 플라스틱 재활용률을 높이는 것이 과제다. 하지만, 재활용 과정에서 유해한 화학물질을 흡수할 수 있으며, 수천 가지의 플라스틱 유형에는 각각 고유한 구성과 화학 첨가물이나 착색제가 들어 있어 대다수는 재활용할 수 없는 것이 문제다. 효소 재활용 회사 버치 바이오사이언스(Birch Biosciences) 공동 창립자이자 합성 생물학자인 요한 커스(Johan Kers)는 "우리는 심각한 플라스틱 순환성 문제를 안고 있다"며 "알루미늄과 종이 등은 재활용할 수 있지만 플라스틱 재활용은 힘들다"고 지적했다. '자연'에서 착안한 '효소' 주목 캘리포니아대학교 버클리 캠퍼스 고분자 과학자 팅 쉬(Ting Xu)는 "효소를 통한 접근법은 폐플라스틱을 폐기물의 원천이 아닌 귀중한 자원으로 전환시킬 수 있다"고 설명했다. 이미 1970년대에 플라스틱을 먹는 효소에 대한 연구가 시작됐다. 그러다가 2016년 일본 과학자팀이 사이언스 학술지에 플라스틱을 먹는 획기적인 박테리아의 새로운 변종에 대한 논문을 발표하면서 효소 연구에 다시 불을 지폈다. 교토공과대학 미생물학자 코헤이 오다(Kohei Oda)가 이끄는 연구팀은 이데오넬라 사카이엔시스(Ideonella sakaiensis) 201-F6이라고 불리는 미생물이 음료수병과 섬유에 널리 사용되는 폴리에스터인 PET 플라스틱을 주요 에너지와 식품 공급원으로 사용한다는 사실을 발견했다. 그 이후로 과학자들은 독일 라이프치히 묘지의 퇴비 더미, 그리스 하니아(Chania) 해변 등 전 세계 여러 장소에서 플라스틱을 먹는 미생물을 발견했다. 그리고 바다, 북극 툰드라 표토, 사바나 및 다양한 숲을 포함한 환경에서 자유롭게 떠다니는 DNA에서 발견된 2억 개 이상의 유전자에 대한 대규모 분석을 통해 플라스틱 분해 가능성이 있는 3만 개의 다양한 효소가 있다는 것을 찾아냈다. 맥기한은 콜로라도를 포함해 다른 지역의 국립 재생 에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory)의 동료들과 함께 이데오넬라 사카이엔시스의 플라스틱 섭취 능력을 담당하는 두 가지 효소를 조작해 성능을 높이고 연결해 플라스틱을 분해할 수 있는 효소 칵테일을 만들었다. 그 결과 이전보다 6배 더 빠르게 PET를 분해할 수 있었다. 최근 과학자들은 인공지능(AI)을 사용해 플라스틱을 더 빠르게 해중합[해중합은 유색 페트(PET)병이나 폴리에스터 섬유 등 플라스틱 분자를 화학적으로 분해하는 기술]하고, 표적 기질에 대해 덜 까다롭고, 더 높은 온도를 견딜 수 있는 효소를 찾아내고 있다. 초기 데이터에 따르면 생물학적 효소를 이용한 재활용은 플라스틱을 새로 만드는 것보다 탄소 배출량이 더 적은 것으로 알려졌다. 탄소와 산소가 얽혀 있는 PET 재활용 플라스틱은 생물학적 재활용에 가장 적합하다. 영국 포츠머스 대학교의 분자 생물물리학자 앤디 픽포드(Andy Pickford)는 이 물질이 '일종의 아킬레스건'이라고 말했다. PET은 탄소가 산소와 얽혀 있다. 직물과 음료수병에서 흔히 발견되며 매년 생성되는 플라스틱의 약 5분의 1을 차지하는 PET는 생물학적 재활용 업체들 사이에서 인기 있는 대상이자 상업적으로 이용 가능한 제품이기도 하다. 실제로 프랑스 회사 카르비오(Carbios)는 연간 5만 톤의 PET 폐기물을 재활용하는 것을 목표로 2025년 프랑스 북부에 바이오 재활용 공장을 열 계획이다. 호주에 본사를 둔 삼사라에코(Samsara Eco)는 2024년 멜버른에 PET에 초점을 맞춘 2만 톤 규모의 재활용을 계획하고 있다. 플라스틱 유형을 연구하고 있는 픽퍼드(Pickford)는 "PET와 유사한 화학적 구성을 가진 폴리아미드와 폴리우레탄도 본질적으로 효소에 의해 분해되기 쉬워 효소 재활용의 유망한 대상"이라고 말했다. 삼사라에코는 합성 폴리아미드의 일종인 나일론을 연구하고 있다. 지난 5월 버려진 옷으로 '세계 최초의 무한 재활용' 나일론-폴리에스테르 의류를 생산하기 위해 인기 운동복 브랜드 룰루레몬(Lululemon)과 다년간의 파트너십을 발표했다. 아직은 연구가 미진하지만 연구원들은 폴리우레탄을 분해하는 미생물에 대해서도 연구 중이다. '슈퍼웜' 유충 활용 기술 향상 효소 재활용은 순수 탄소 골격을 가진 플라스틱의 경우 전망은 흐리다. 비닐봉지를 만드는 데 사용되는 폴리염화비닐(PVC), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리스티렌 및 폴리에틸렌을 포함하는 제품은 기름기가 많아 투입된 효소를 붙잡을 수 없기 때문이다. 그런데 페데리카 베르토치니는 데메트라(Demetra)와 세레스(Ceres)라는 이름을 붙인 왁스 벌레 타액에서 플라스틱 분해 효소를 확인했다. 이 효소는 탄소 골격에 산소를 주입해 실온에서 몇 시간 내에 폴리에틸렌을 분해하는 것으로 나타났다. 폴리스티렌을 연구하는 호주 퀸즈랜드 대학교의 미생물학자 크리스 린케(Chris Rinke) 박사는 '슈퍼웜(Superworm)'이라고 불리는 미국왕딱지벌레(Zophobas morio) 유충을 발견했다. 플라스틱을 기계적으로 작은 조각으로 파쇄하고 산소 원자를 투입해 '노화'한 다음 특수 기술을 사용해 해당 조각을 해중화하는 두 가지 과정을 통해 폴리스티렌을 분해한다. 린케 박사는 "곤충에서 발견되는 효소가 열쇠를 쥐고 있을 수 있다"고 말했다. 반면, 일부 전문가들은 생물학적 재활용 전망에 대해 낙관적이지 않다. 픽포드는 "아직 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PVC와 같은 폴리올레핀이 대규모 효소 재활용을 위한 현실적인 목표가 될 것이라고 확신하지 못했다"며 "이런 경우 재활용이 가능한 새로운 플라스틱을 만드는 방향으로 전환하는 것이 더 현실적"이라고 말했다. 한국의 경우, 2020년 포스텍의 차형준 교수 팀은 '산맴돌이거저리(Plesiophthalmus davidis)'라고 불리는 검은 딱정벌레의 유충에서 폴리스티렌 소화 능력을 부여한 장내 세균인 '세라티아 폰티콜라(Serratia Fonticola)'에 대해 보고했다. 또 다른 그룹은 PLA를 포함한 특정 유형의 생분해성 플라스틱을 분해할 수 있는 두 가지 저온 적응성 곰팡이 균주[고산 토양과 북극 해안에서 분리된 라크네룰라(Lachnellula)와 네오데브리에시아(Neodevriesia)]를 발견했다고 보고했다. 하지만 효소를 활용하는 프로세스를 확장하는 것이 얼마나 쉬울지, 그리고 확장된 환경이 어떤 모습일지는 불분명하다. 한편, UN은 오는 2024년 세계 최초의 글로벌 플라스틱 오염 조약을 만들 예정이다. 플라스틱 오염을 억제하는 것을 목표로 하며, 특히 재활용을 더 쉽게 하기 위해 플라스틱 제품의 생산 과 설계에 대한 새로운 규칙을 도입할 것으로 예상된다. 다음 해에는 워싱턴과 캘리포니아, EU에서 플라스틱 용기와 음료수병 재료의 25%를 재활용 플라스틱으로 규정하는 법률이 시행될 예정이다. 그러나 추가적인 변화와 인센티브가 없다면 이러한 노력은 물거품이 될 수도 있다는 지적이다. 화석 연료의 저렴한 가격으로 인해 순수 플라스틱이 저렴하게 유지되는 한 생물학적 효소 활용은 비용 면에서 경쟁력이 없기 때문이다. 맥기한은 "과거 석유 및 가스 산업이 혜택을 누렸던 방식으로 PET 또는 기타 생분해성 공정에 인센티브를 부여해야 한다"며 "생물학적 재활용 기술이 향상되면 새로운 플라스틱과 경쟁할 수 있을 만큼 비용면에서 효율적일 것"이라고 강조했다. 그럼에도 그는 "효소가 전체 플라스틱 문제를 해결하지 못하지만 이제 막 첫 걸음을 뗐다"며 향후 발전에 기대감을 드러냈다.
- IT/바이오
2023-09-21