효소는 생물이 만드는 단백질로서, 복잡한 화학반응의 속도를 높이는 촉매제 역할을 한다. 에너지를 절약하면서 친환경적인 특성 덕분에 기존 화학재료보다 고부가가치 소재로 떠오르고 있다.
농촌진흥청(청장 정황근)은 한국재래흑염소의 위(胃)에서 사료첨가제와 세제로 바로 활용할 수 있을 만큼 분해 능력이 뛰어난 효소 유전자 55개를 발굴하고, 유전공학기법을 활용해 이를 대량으로 생산할 수 있는 원천기술을 확보했다고 밝혔다.
국내 산업용 효소시장은 연간 1,000억 원 규모(약 7,000톤)이나, 대량생산 체계가 마련돼 있지 않아 95% 이상 수입에 의존하고 있다.
효소 활용제품의 최종가격은 수입 효소 가격에 많은 영향을 받는 데 산업용 효소 시장에서 가장 많은 비중(50%)을 차지하는 사료첨가제1) 생산에 발굴한 효소를 활용한다면 사료비 절감 효과로 축산 농가의 소득향상에 보탬이 될 것으로 기대된다.
또한, 천연세제, 프리바이오틱스 등 기능성 식품소재, 2세대 바이오에너지 생산과 같은 다양한 산업분야의 원천소재로도 활용 가능하다.
흑염소는 풀을 먹고 되새김질을 하는 가축 가운데 매우 거친 먹이에 적합하도록 진화했다. 덕분에 되새김 위(반추위) 미생물에서 각종 분해 효소를 풍부하게 분비한다.
연구진은 볏짚 사료만으로 사육한 한국재래흑염소 위에서 반추 위액과 소화물의 미생물 DNA를 채취하고, 다시 이 DNA를 추출해 얻은 유전자 조각을 실험용 대장균에 넣어 ‘유전자은행’을 만들었다.
이를 활용하면 흑염소에서 효소를 추가 채취하지 않아도 원하는 효소 유전자를 찾아 낼 수 있다.
이 ‘유전자은행’에서 발굴한 섬유소분해 효소의 활성을 확인한 결과, 1∼50units/mg 정도의 활성을 보였다. 특히, 특정(KG51) 효소의 경우, 널리 쓰이는 트리코더마 레세이(Trichoderma reesei) 섬유소분해 효소보다 2배 강한 활성을 나타냈다.
연구진은 빠른 산업화를 위해 효소 유전자를 바실러스균에 넣는 과정을 추가했다. 이렇게 하면 세포 안에서 효소를 채취하는 작업 없이 효소가 세포 밖 배양액으로 자연스럽게 추출돼 생산단가를 30% 정도 낮추고, 순도를 높일 수 있다.
참고로, 미국, 호주, 뉴질랜드, 중국에서는 소, 들소(버펄로), 야크의 반추위, 토끼의 맹장에서 미생물 분석을 통해 다양한 섬유소 분해 효소를 발굴하고 있다. 국내에서도 몇몇 연구자들이 소에서 섬유소 분해 효소 유전자 발굴을 진행한 바 있다.
이번 연구결과는 ‘흑염소 반추위 미생물 유래 신규 섬유소분해효소 발굴 및 특성 구명’이란 제목으로 ‘엽선 미생물학지(Folia Microbiologica)’ 등 국제학술지 3곳에 실렸다.
효소 34종은 특허등록하고, 11건은 미생물 배지와 효소를 만드는 산업체에 기술을 이전했으며, 연구 과정에서 생산한 대량의 미생물 유전자은행과 관련 정보는 국내 산업체, 연구자들과 공동 활용할 예정이다.
농촌진흥청 국립축산과학원 최유림 축산생명환경부장은 “이번 성과는 축산미생물 자원을 활용한 생물신소재 개발의 신호탄이라는 점에서 의미가 크다.”라며, “축산미생물의 활용성을 극대화하도록 산업체와 협의해 기술이전을 추진하겠다.”라고 전했다.
