Q1 안녕하세요. 현재 소속된 부서와 담당하고 있는 업무 등 본인 소개 부탁드립니다.

저는 해양미생물의 생리적 특성과 활용가치에 대해 연구하고 있는 바이오실용화실 소속의 선임연구원 배승섭입니다. 저희 연구는 해양 환경에서 중요한 역할을 하는 해양미생물을 이해하고, 그들의 활용 가능성을 모색하는 데 초점을 맞추고 있습니다.

해양미생물은 눈에 보이지 않는 작은 생물이지만, 해양생태계의 물질순환과 먹이사슬에서 1차 영양 공급자로서 중요한 역할을 담당하고 다양한 해양 환경에 적응할 수 있는 독특한 생명현상을 가지고 있어 바이오 기술과 접목하여 의약품, 바이오 연료, 화장품 등 다양한 분야에서 활용되는 매우 중요한 자원으로 여겨지고 있습니다. 이런 놀라운 능력을 가지고 있는 해양미생물에 매료되어 국내 해양에 서식하는 다양한 해양미생물을 확보하고(그림1), 그들의 생리적 특성(그림2)을 규명하고 활용하는데 중점을 두고 연구하고 있습니다.

Q2 바이오실용화실은 어떠한 일을 하는 부서인가요?

바이오실용화실은 해양유래 해양미생물 세균, 균류, 미세조류 등을 활용하여 다양한 바이오 기술을 개발하고 적용하는 연구 부서입니다(그림3). 이곳에서는 해양미생물의 특성을 연구하여 의약품, 식품산업, 바이오 연료, 바이오 재료, 생물정화 등 다양한 분야에서의 활용 가능성을 탐구합니다.

특히, 바이오헬스 및 테라피 분야에서는 해양미생물을 활용하여 인간 건강과 질병 치료에 기여하는 기술 개발에 중점을 두고 연구를 진행하고 있습니다. 이를 통해 해양미생물이 가진 다양한 생리적 특성과 활성을 활용하여 신약 개발, 질병 예방 및 치료, 건강기능식품 등의 분야에서 혁신적인 바이오 소재를 제공하는 것이 목표입니다.

Q3 최근 희귀 해양미생물인 플라비라물루스 SSW2303 (Flaviramulus sp. SSW2303)을 발견 배양하는데 성공하셨다고 들었습니다. 어떻게 발견하게 되었으며, 플라비라물루스는 어떠한 해양미생물인지 설명 부탁드립니다.

해양미생물을 이용하여 화학적 합성에 의존하지 않고 친환경적으로 천연 고부가 색소를 생산하는 연구에 초점을 두고 갯벌, 해수, 해양 동·식물 등 다양한 해양 시료에서 색소를 생산하는 해양미생물을 분리하던 중, 전남 신안군 해수에서 세계에서 4종 밖에 보고되지 않은 희귀 신종 해양미생물인 플라비라물루스 SSW2303(Flaviramulus sp. SSW2303)을 우연히 발견하여 배양에 성공했습니다(그림 4, 5).

해당 희귀 해양 미생물의 생리적 특성을 연구하던 중, 이 미생물이 고부가 카로티노이드 천연 색소로서 눈 건강에 도움을 주는 지아잔틴과 강력한 항산화 효과를 가진 아스타잔틴 및 “칸타잔틴을 동시에 생산할 수 있는 능력을 가지고 있으며, 이 미생물로부터 추출한 천연색소가 항산화 효능이 있음을 확인할 수 있었습니다”(그림 6, 7). 이 희귀 해양미생물을 이용한 천연색소 생산 기술은 최근 특허출원을 완료하였습니다(특허명: “잔토필계 카로 티노이드를 생산하는 플라비라물루스 SSW2303 균주 및 이의용도”, 출원번호: 10-2024- 0020187).
플라비라물루스 해양미생물은 현재 학계에서 알려진 플라보박테리아과(Flavobacteriaceae)에 속하는 희귀 미생물로, 모두 해양 환경에서 발견되었습니다. 현재까지는 주로 분류 학적 연구에 주목되어 왔으며, 응용 분야에서의 연구는 거의 이루어지지 않았습니다.

Q4 플라비라물루스로 고부가 카로티노이드 천연 색소 생산 가능성을 확인하셨다고 하던데요. 이를 바탕으로 향후 바이오 산업 분야에 어떠한 영향을 끼칠지 그리고 어떻게 활용해 나갈 계획이신지 설명 부탁드립니다.

현재 합성 카로티노이드 사용에 대한 거부감과 안정성 논란으로 인해 천연 카로티노이드에 대한 관심이 증가하고 있습니다. 그러나 동식물 유래 천연 카로티노이드는 생산수율이 낮고 생산단가가 높으며, 지속적인 공급이 어려운 등의 단점을 가지고 있습니다. 최근에는 이러한 단점을 극복하기 위해 미생물을 이용한 카로티노이드 생산 연구가 활발히 진행되고 있습니다.

본 연구를 통해 해양미생물이 고부가의 천연색소를 생산하는 능력이 발견되었고, 이는 합성 색소보다 더 안전하고 건강에 이로울 뿐만 아니라 환경 친화적인 천연색소로 다양한 산업 분야에 활용될 것으로 기대됩니다. 향후에는 이 희귀 해양미생물을 활용한 고부가가치 카로티노이드 천연색소 생산을 위해 균주개량, 대량배양기술, 색소추출·정제분리 등의 연구를 중점적으로 진행하여 바이오산업 분야에 해양미생물을 활용한 천연색소 생산의 새로운 가능성을 제시할 것으로 기대됩니다.

Q5 해당 해양미생물을 대량배양하고 균주를 개량하는 등 합성색소를 대체할 수 있게 될 경우 환경적으로도 이로울 것 같은데요. 해양 환경에 끼치는 영향을 바탕으로 합성색소와 천연색소를 비교 설명해주시겠어요?

합성색소는 화학 공정과 화학 물질 사용으로 인해 해양 환경과 생태계에 부정적인 영향을 줄 수 있으며, 합성색소 생산과정에서 생성된 화학 물질이 해양 환경으로 배출될 경우 해양 생물에게 유해한 영향을 미칠 수 있습니다. 또한, 합성색소의 생산에는 석유, 석탄 등의 화학적인 원료가 사용되기 때문에 천연자원 고갈과 지구 환경 파괴를 초래할 수 있습니다.

반면 천연색소는 동·식물, 해조류, 미생물 등에서 추출되므로 화학적 처리가 적기 때문에 해양환경에 미치는 부정적 영향이 상대적으로 적습니다. 또한, 천연색소는 자연적으로 분해가 가능하므로 해양 생태계에 보다 적은 영향을 미칠 수 있습니다. 또한, 천연색소는 자연에서 발견되는 원료를 사용하므로 지속가능한 자원 이용이 가능합니다. 하지만 대량 생산을 위해서는 생산과정에서 효율성과 환경 영향을 고려해야 합니다.

Q6 국내 토종 해양미생물의 연구 가치와 개발 가능성에 대해 설명 부탁드립니다.

해양은 높은 수압, 염도, 저온 등 육상에 비해 다양한 생태계 환경을 가지고 있고 다양한 해양미생물의 서식지가 됩니다. 이러한 다양성을 갖는 해양미생물은 해양 환경에 적응하기 위하여 육상 미생물과는 다른 대사산물을 생산하거나 독특한 생명현상을 가지고 있어 새로운 생리활성을 갖는 신규 화합물 또는 특이한 화합물을 발견할 수 있는 기회를 제공합니다. 따라서 해양미생물은 바이오 기술의 발전과 함께 다양한 산업 분야에서 활용 가능성이 높습니다.

생물다양성 협약 이후, 생명공학 소재 탐색 및 확보는 바이오산업에서 매우 중요한 원천기술로 인식되고 있습니다. 우리나라는 해양 생태계가 풍부하여 다양한 토종 해양미생물을 발견할 수 있는 생물자원의 보고라고 할 수 있습니다. 해양미생물의 다양성은 새로운 생리 활성 물질을 발견하고 이를 개발하는 데 중요한 기반이 됩니다. 예를 들어, 해양미생물로 부터 추출된 화합물은 항암, 항산화, 항염증 등 다양한 생리활성을 가지고 있으며, 이를 이용하여 의약품, 건강기능식품, 화장품 등의 제품을 개발할 수 있습니다. 따라서 국내 토종 해양미생물은 새로운 기능의 바이오소재를 개발하는데 무한한 가능성을 가지고 있으며, 이를 통해 의약품, 식품산업, 바이오연료, 바이오재료, 생물정화 등 다양한 바이오 산업 분야에 높은 가치를 제공할 것으로 기대됩니다.

Q7 미래 해양바이오산업의 활성화를 위해 세워두신 목표가 있다면?

앞으로는 천연색소를 생산하는 해양미생물의 대량배양 기술과 균주개량, 추출 및 정제기술 등을 연구하여 합성색소를 대체할 고부가 카로티노이드 천연색소를 저비용으로 대량 공급할 수 있는 생산 기술을 개발할 계획입니다. 해양미생물은 새로운 기능의 바이오소재를 제공해 줄 수 있는 무한한 가능성을 가지고 있어 미래 해양바이오산업의 새로운 가능성을 제시해 줄 수 있는 중요한 자원입니다. 향후 국내 토종 해양미생물을 조사하고 유용한 소재를 발굴하여 해양바이오 산업화의 활성화를 위해 노력하겠습니다.

Q8 마지막으로 바이오실용화실 동료들에게 한 말씀 부탁드립니다.

바이오실용화실 동료 여러분, 함께 열심히 노력하고 연구하면서 많은 것을 얻고 있습니다. 해양미생물을 통해 다양한 바이오 기술을 개발하고 실용화하는 과정에서 함께 노력하고 지식을 공유하여 더 많은 혁신적인 연구결과를 만들어 내기를 바랍니다. 해양미생물이 미래의 바이오산업 발전에 원동력이 될 수 있도록 우리 모두 노력합시다.