끓는 물보다 뜨겁거나 냉장고처럼 차가운 곳을 선호하고, 인체에 치명적인 양잿물을 좋아하는 생명체가 있다. 바로 극한의 생존자 미생물이다. 도저히 생명체가 살지 못할 것 같은 극한 환경 속에서 발견되는 미생물은 외계 생명체의 존재 여부를 밝히는데 실마리를 제공할 수 있다. 또 이들이 보유한 ‘극한 효소’ 등은 다양한 산업분야에 응용될 수 있어 세계 각국은 심해(深海)에 잠수정을 내려보내고, 남극의 빙산 속을 뒤지고 있다.

●극한의 생존자, 미생물

대부분의 생명체는 물이 끓는 온도인 100℃ 안팎에서 단백질이 변형돼 죽는다. 하지만 최적 성장온도가 55℃ 이상인 고온성 미생물과 80℃ 이상인 초고온성 미생물은 예외다.

초고온성 미생물로는 ‘파이롤로부스 퓨마리’를 꼽을 수 있다. 독일 레겐스베르크대학 연구팀이 대서양 밑 3650m에 위치한 열수구에서 이 미생물을 발견, 지상으로 가져와 배양에 성공했다. 이 미생물은 끓는 물보다 높은 113℃의 온도에서 활발히 자라고, 사람이 화상을 입을 수 있는 90℃에서는 추위를 느낀 나머지 생장을 멈춘다.

또 지난 2002년에는 한국해양연구원 이정현 박사팀이 남서태평양 파푸아뉴기니의 수심 1700m 열수구에서 시료를 채취한 후 배양실험과 DNA분석을 통해 90∼100℃에서 잘 자라는 미생물 2종을 확인했다.

이 박사는 “최적 성장온도가 멸균온도(121℃)인 미생물도 있다.”면서 “일본 연구팀은 온도가 400℃에 이르는 해저 열수구에서 미생물을 발견했지만, 이 온도가 최적 성장온도인지는 연구가 필요하다.”고 설명했다.

고온성 미생물과 정반대로 평균 1∼2℃인 차가운 바닷물뿐만 아니라 빙산 속에서 사는 저온성 미생물도 있다. 미국 워싱턴대 연구팀이 남극의 빙산에서 발견한 ‘폴라로모나스 바큐올라타’라는 미생물은 4℃에서 가장 활발하게 생장하며,12℃가 넘으면 생장을 중단한다. 즉 4∼5℃를 유지해 세균의 증식을 억제하는 냉장고의 냉장실이 이 미생물에게는 살기 좋은 공간이 되는 셈이다. 서울대 생명과학부 천종식 교수도 해양연구원 극지탐사팀과 함께 남극 세종기지 근처에서 여러 종의 저온성 미생물을 발견하기도 했다.

●양잿물이 보약?

미생물은 강한 산성 또는 알칼리성의 환경에서도 살고 있다. 특히 우리나라에서는 pH 농도가 11∼12에 달하는 양잿물을 좋아하는 극한 미생물이 발견됐다. 한국생명공학연구원 윤정훈 박사팀은 지난 2003년 서해안 대천 근처의 한 석면광산에서 강알칼리를 견디는 미생물 5종을 찾아냈다. 이 미생물들은 독극물인 양잿물을 소화하며 살아가기 때문에 강한 알칼리성 폐수를 처리하는 데 유용하다.

염분이 포화 상태인 염전에서도 많은 미생물들이 살고 있다. 전북 군산 지역의 염전에서 발견된 ‘노카르디옵시스 군산엔시스’도 이에 해당한다.

또 지표면에 있는 한 주먹의 흙 속에는 약 1억∼10억의 미생물이 있지만 어두운 땅밑으로 내려가면 온도와 압력이 높아져 그 수가 줄어들게 된다. 미국의 과학자들은 남캐롤라이나주 사바나강 주위에서 무려 500m를 파내려가서 미생물을 확인했다. 또 지금까지 이뤄진 연구에 따르면 미생물은 지표면 2800m 아래에서도 살고 있는 것으로 알려졌다.

미생물이 이처럼 다른 생명체에 비해 다양한 환경에서 살 수 있는 비결은 진화의 과정을 거치면서 극한 환경에 적응할 수 있도록 생존능력을 획득했기 때문으로 추정된다.

이정현 박사는 “미생물은 유전자 변이가 쉽게 이뤄지고 생식주기가 짧아 적응력이 뛰어나다.”면서 “미생물의 이같은 특성이 다양성의 원천이 되고 있는 것”이라고 말했다.

한 유전자(리보솜 RNA 유전자)를 예로 들면, 사람과 생쥐의 유전자 변이도가 0.7%에 불과하지만 미생물의 경우 같은 종에 속한 두 개체간의 변이도가 3%나 된다. 이렇게 높은 유전자 변이도가 미생물의 천부적인 환경 적응력과 직결되는 것이다.

●각종 산업분야 응용 가능성

극한 미생물을 연구하면 우주 생명체의 존재 가능성에 대한 해답을 제시할 수 있을 것으로 기대된다. 미생물이 극한 환경에서도 생명을 유지하는 만큼 우주에서도 적당한 조건만 주어진다면 형태나 종류는 달라도 생명체가 존재할 가능성이 그만큼 커지게 된다.

또 극한 미생물에 포함된 효소나 단백질은 각종 산업분야에 응용될 수 있다. 예컨대 저온성 미생물에서 나온 지방 분해효소를 쓰면 찬물에서도 때가 잘 빠지고 환경오염이 전혀 없는 세제를 만들 수 있다. 또 폐수의 독성물질을 먹어치우는 해가 없는 물질을 내놓는 미생물에서는 폐수처리용 화학약품을 개발할 수 있다.

이처럼 극한 미생물은 산업용 효소산업, 화학산업, 제지 및 펄프, 식품 및 사료, 섬유 및 피혁, 금속 및 광산, 에너지 산업 등에 폭넓게 활용될 수 있어 생명과학산업의 한 축을 형성할 것으로 예상된다.

장세훈기자 shjang@seoul.co.kr

■ 극한 미생물이란

생명체가 존재하기 어렵다고 생각되는 극한 환경에 적응하여 사는 미생물이다. 극한 미생물은 온도를 기준으로 55℃ 이상에서 생육하는 고온성 미생물,80℃ 이상에서 성장하는 초고온성 미생물,4℃ 이하에서 활발하게 활동하는 저온성 미생물 등으로 나뉜다. 또 500기압(해저 5000m 상당) 이상의 고압에도 견딜 수 있는 고압성 미생물, 수분을 찾기 어려운 사막에서 생활하는 건조내성 미생물도 있다. 이와 함께 pH 1∼2의 산성 환경을 좋아하는 호산성 미생물,pH 10∼12의 알칼리성 환경을 선호하는 호알칼리성 미생물, 염분 농도가 20∼30%나 되는 환경에서만 볼 수 있는 호염성 미생물 등으로 분류된다.