박테리아에서 영감 얻은 청색기술, 살아있는 친환경 페인트 만든다

최근 영국의 서리대학(University of Surrey) 연구팀이 산소를 생성하고 이산화탄소(CO₂)를 포집할 수 있는 살아있는 '시아노박테리아(cyanobacteria)로 페인트를 만들었다. 연구팀은 이번에 개발한 이 새로운 페인트가 극한의 환경을 견딜 수 있는 박테리아를 이용함으로써 우주 공간을 포함한 다양한 응용 분야에서 사용될 수 있다고 밝혔다.

이번에 개발된 새로운 수성 페인트는 온실가스 증가와 그로 인한 기후 위기를 극복하고자 과학자들이 이산화탄소 격리와 관련하여 기존의 고정관념에서 벗어난 생각을 했기 때문에 성공이 가능했다고 한다. 한편, 남조류나 시아노박테리아는 광합성 특성을 지니고 있어 여느 식물처럼 새로운 초록 물질의 구성 요소로 제안되는 것으로 알려졌다.

이처럼 생물로부터 영감을 얻고 모방하는 자연중심 기술을 '청색기술(blue technology)이라고 한다.

시아노박테리아는 이산화탄소를 고정시켜 광합성을 통해 유기화합물로 변환하는데 불리한 환경에서도 높은 효율로 그렇게 할 수 있다. 또한 성장 속도가 매우 빠르고 대부분의 경우 유전자 변형이 가능하다.

사전에 환경 오염을 원천적으로 차단하는 청색기술을 적용하여 산소는 생성하고 이산화탄소는 흡수하는 이번 수성 페인트는 그래서 '청색의 살아있는 페인트(blue living paint)'라고 불린다.

이번 연구의 교신 저자인 수지 힝글리-윌슨(Suzie Hingley-Wilson)은 "대기 중 온실가스, 특히 이산화탄소가 증가하고 지구 온도의 상승으로 인한 물 부족에 대한 우려로 인해 혁신적이고 환경친화적이며 지속가능한 재료가 필요하다"면서 "기계적으로 견고하고 즉시 사용할 수 있는 바이오코팅(biocoating) 또는 '살아있는 페인트'는 일반적으로 물을 많이 쓰는 바이오 반응기(bioreactor) 기반 공정에서 물 소비를 줄임으로써 이러한 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있다"고 설명했다.

연구팀은 탄소를 고정하고 산소를 발생시키기 위해 다공성이지만 기계적으로 단단한 코팅에 대사작용이 활발하고 생존 가능성이 높은 시아노박테리아를 고정시키는 작업에 착수했다. 이들은 3가지 종류의 시아노박테리아를 비교한 결과 '크로오코시디옵시스 쿠바나(Chroococcidiopsis cubanaㆍ이하 C.쿠바나)' 라는 박테리아가 가장 잘 수행한다는 사실을 알았다.  C.쿠바나는 극한의 온도와 pH 수준, 높은 염분 농도, 건조한 환경 및 방사선을 견딜 수 있어 그야말로 화성에서도 당장 살 수 있는 '극한성(extremophilic)' 균주이다.

그 과정은 비교적 간단했다. 연구팀은 물에 고분자 입자로 만든 바이오 코팅에 시아노박테리아를 고정시킨 다음 이를 완전히 건조시키고 나서 수분을 보충했다. 연구팀은 사용된 다른 종과 비교하여 C.쿠바나가 이 조건에서 생존할 수 있으며, 산소 생성 속도가 꾸준히 증가하여 하루에 바이오매스(biomass) 그램 당 최대 0.4g 수준의 산소를 발생시킨다는 사실을 발견했다. 한 달 동안 용존 산소를 지속적으로 측정한 결과 활성이 감소하는 징후는 보이지 않았다. 연구팀은 탄소포집 능력을 조사했더니 하루에 바이오매스 그램 당 약 0.31g의 이산화탄소가 흡수됐다고 추정했다.

연구팀은 그들의 발견이 극한성 시아노박테리아가 우주 공간을 포함한 바이오코팅 및 기타 생명공학에 사용할 수 있는 이상적인 후보임을 시사한다고 말한다.

연구팀을 이끌었던 심원 크링즈(Simone Krings)는 "광합성 크로오코시디옵시스는 건조한 곳에서 높은 수준의 자외선 노출이 심한 극한 환경에서도 생존할 수 있는 특별한 능력을 가지고 있다"라며 "때문에 이 박테리아는 인류의 화성 식민지화의 잠재적 후보로 손색이 없을 것"이라고 덧붙였다.

한편 연구팀은 앞으로 이러한 시아노박테리아 균주를 바이오코팅으로 최적화 사용하는 데 집중할 계획이다.