멸종위기의 생물체 복원에 미생물 활용

요즈음 지구생태계의 생물체들의 3분의 1이 멸종되었다고 한다. 그런데 이런 멸종된 생물체를 복원하는데 미생물을 활용하고 있다.

스위스 취리히연방공과대(ETH) 톰 크라우더 ETH 교수(생태학·생물다양성) 연구팀은 “각 지역별로 자생하는 토양 미생물은 식물 성장을 평균 64% 이상 가속화시키고 있다”는 것을 확인했다고 발표하였다. 즉 토양 미생물의 다양성이 떨어지거나 멸종할 경우는 식물의 성장이 억제되면서 생태계 전체가 위협받게 된다는 설명이다. 특히 아프리카 대륙 전체에 걸쳐 토양 미생물의 종류와 현황에 대한 연구 결과를 보면 심각할 정도로 미생물이 부족하다고 지적했다.

“지구상 식물 재배에 활용되는 토지 대부분은 식량농업과 산림에 활용되고 있는 만큼 토양 미생물의 생물다양성을 보호하지 않을 경우 식량자원 부족은 물론 이산화탄소 저감에도 악영향을 미치게 된다”고 경고하였다. 이같은 생명과학 분야 국제학술지 ‘네이처 미생물학’에 게재되었다.

미생물은 지구상에 살고 있는 모든 생명체의 생존과 다양성 확보를 위해 필수적이다. 지구적 생물다양성 감소를 막고 대량 멸종에 대응하기 위해 미생물을 활용해야 된다는 것이다.

일반적으로 미생물은 바이러스(virus)와 박테리아(bacteria), 그리고 곰팡이라고 부르는 진균(Fungi) 등의 3종류로 구분한다. 그중 건강한 식물체 내에서 일정기간 동안 서식하고 있는 세균이나 곰팡이를 내생균(內生菌)이라고 한다.

내생균은 곤충이나 동물 등이 식물을 공격할 때, 식물이 저항할 수 있는 물질을 만들어 내도록 도와주는 역할을 한다. 그리고 식물의 생존을 위협하는 병원균이 외부에서 침투할 때, 이들이 침투하지 못하도록 방어하는 면역기능도 갖고 있다.

반면에 식물은 내생균이 자랄 수 있는 공간과 양분을 제공하므로, 식물과 내생균은 도와주고 도움을 받는 연속적인 상호작용을 통해 공생하는 경우가 대부분이다. 특히 식물과 내생균의 공생은 단순히 자신들의 생존에만 도움을 주는 것이 아니라 인간에게도 유익하다.

요즈음 멸종 위기에 몰린 식물들 중 내생균에 의한 복원 작업이 활발하게 이뤄지고 있다. 소나무과에 속하는 침엽수종인 분비나무는 아고산대 생태계의 대표적 수종이다. 현재 기후변화에 따른 서식 환경의 변화로 개체 수가 급격하게 감소하고 있다.

아고산대(subalpine zone)란 고산지대와 산지대의 사이 지역을 말하는 것으로서, 분비나무는 통상 제주도나 강원도의 해발 1500m∼2500ｍ 정도의 산림에서 자라고 있다.

국립생태원 연구팀이 발견한 2종의 내생균은 ‘페지쿨라 스포룰로사(Pezicula sporulosa)’와 ‘플릭테마 바가분다(Phlyctema vagabunda)’으로서, 아고산대에서 자라는 침엽수림의 집단 고사와 쇠퇴 현상을 방지하는데 활용되고 있다. 특히 이들 내생균은 아고산대에서 자라는 분비나무에서 발견된 만큼, 아고산대에 대한 적응도가 다른 내생균보다 높을 것으로 전망하고 있다. 따라서 내생균 2종에 대한 연구를 강화하면 분비나무의 환경 변화 스트레스에 대한 저항성을 향상시키는 데 도움이 될 것으로 기대된다고 한다..

내생균을 활용하여 멸종 위기에 몰린 식물을 복원시킨 경우로 구상나무(Abies koreana)와 내생균의 공생관계를 들 수 있다.

구상나무는 세계에서 유일하게 우리나라에서만 자라는 특산 수종이다. 생장이 느려서 숲을 이루는데 오랜시간이 필요한 수종으로 알려져 있다. 특히, 구상나무는 나무가 어린 단계에서 생존율이 낮아 숲을 건강하게 유지하기 위해서는 세심한 관리가 필요하다.

문제는 이런 구상나무가 최근의 급격한 기후변화로 멸종 위기종으로 분류되어 있다.

지난 2019년 산림청의 실태조사 보고서에서도 유전자원 보존과 자생지 복원이 가장 시급한 수종으로 발표하였다.

실제로 구상나무의 대규모 분포지인 한라산과 지리산의 군락 지역을 살펴보면, 분포 면적이 많이 감소한 상황이며, 쇠퇴율도 약 33%에 달하는 것으로 나타났다. 이같은 상황에서 국립산림과학원 연구팀이 제주도 한라산에서 발견한 내생균인 ‘토종 균근균은 구상나무 복원에 상당한 기여를 하고 있다고 밝히고 있다.

미국, 영국, 스웨덴, 홍콩 등 다국적 연구팀들은 가상의 ‘미생물 저장고’를 만들어 미생물을 위한 현대판 ‘노아의 방주’로써 역할을 담당하여 멸종위기에 처한 마이크로바이옴이 냉동 보관될 예정이란다. 마이크로바이옴(microbiome)이란 미생물(microbe)과 생태계(biome)를 합성어로 생물체에 서식하는 미생물과 유전정보를 일컫는 말이다.

사람의 경우 마이크로바이옴의 수는 순수한 인체의 세포수보다 두 배 이상 많고 유전자 수는 100배 이상 많다. 또한 인체에 유익한 균과 유해한 균의 생성 원리와 질병 간의 연관성 등을 분석할 수 있어 신약 개발 및 불치병 치료에 폭넓게 활용되고 있다. 이런 사람의 몸 안에는 박테리아와 바이러스, 그리고 각종 곰팡이류의 생태계가 조성돼 사람들의 건강에 직접 관여하고 있는 것이다.

사람의 마이크로바이옴을 ‘제2의 게놈’ 또는 ‘제2의 뇌’로 불린 만큼 그 중요성이 부각되고 있 다. 특히 치매, 파킨슨, 조현병, 우울증, 자폐증 등 난치병에 영향을 미치고 있으며 이를 치료하는데 마이크로바이옴을 폭넓게 활용하게 될 것이다.