미생물자원의 대발 현황과 전망

미생물이란?

미생물은 사전적 의미로 육안으로 관찰이 어렵거나 불가한 미세한 생물을 말한다. 대부분 현미경으로 관찰되는 마이크로미터 (1/1,000mm) 혹은 나노미터(1/1백만mm) 단위의 작은 생물이다. 이러한 미생물의 범주에는 일반적으로 진균(Fungi), 세균(Bacteria), 바이러스(Virus), 원생동물(Protozoa), 조류(Algae) 등을 포함한 20만 여종이 존재하는 것으로 알려져 있으며, 우리가 인지하지 못하는 약 1,000만 여종의 미생물이 존재하는 것으로 추정된다. 주요 미생물은 균류, 세균, 바이러스, 바이로이드로 구분할 수 있으며. 균류는 진균계(곰팡이), 원생동물계(Protozoa), 크로미스타계 (Chromista), 단세포-다세포 등 다양한 형태의 90,000여종이 존재하며, 세균은 단세포, 구형-막대형 등 단순한 구조된 10,000여종이 존재한다. 바이러스는 핵산(DNA, RNA) + 외피단백질(Coat Protein)의 5,000여종이 존재하며, 바이로이드는 핵산(RNA) 몇 십종이 존재한다.

미생물은 약 38억년전 지구상에 나타난 최초의 생명체로 지구를 생명체가 살기 적합한 환경으로 바꾼 주역이다. 최초의 미생물 (고세균)은 주로 자외선이 도달하지 못하는 심해의 화산 주변 등 극한환경 지역에 분포하고 있으며, 고세균에서 진화한 남조류 (시아노박테리아)에 의해서 대기중에 산소를 생성한다. 특히 남조류 등의 미생물은 돌연변이, 공생 등의 방법으로 계속 진화하여 동식물 발생의 기원이 된 것으로 알려져 있다.

호주 Shark Bay에 살아 있는 화석으로 발견된 남조류가 배출한 탄산칼슘으로 만들어진 38억년 된 스토로마톨라이트(stromatolite)가 발견되었다.

미생물은 역사적으로 인간에 유익한 영향과 해로운 영향을 동시에 주었으며, 미생물의 유익한 영향으로는 식품발효, 의약소재, 산업공정에 이용하고 있다. 포도주와 식초는 기원전 1만년, 빵은 4천년 경에 만들어진 발효식품으로 추정되며, 치즈와 요구르트는 기원전 3천년 경에 중앙아시아 지역에서 우연히 발견된 발효식품이다. 또한 고대 바빌로니아, 이집트, 그리스 등에서는 술, 식초, 곰팡이 핀 빵 등을 의약소재로 사용하였으며, 플레밍(1929년)은 푸른곰팡이에서 항생제(페니실린)를 분리하여 질병치료에 획기적인 전기를 마련한 계기가 되었다. 화학, 식품, 제지 산업 등에 미생물 생성 효소를 이용한 산업공정이 활용된다. 이에 반하여 미생물의 해로운 영향은 인간 전염병, 가축 전염병, 식물병 등을 유발한다는 것이다. 인간전염병인 흑사병은 인류 역사상 최악의 전염병으로 1347~1351년에 유럽 인구의 30%에 달하는 2,500만명이 희생되었으며, 1차 세계대전 직후 (1918~1920년) 스페인 독감으로 인해 세계적으로 2,500~5,000만명이 희생되었다. 최근에는 구제역, 조류독감 등으로 수백만 마리의 가축이 몰살하는 가축전염병이 빈번하게 발생하고, 1845~1846년에 아일랜드에서 대 발생한 식물병인 감자 역병으로 인해 주민 150만명이 굶어 죽었으며, 이로 인하여 수십만명이 북아메리카로 이주하는 결과를 초래하였다.

 

미생물의 산업적 이용

미생물의 기능적 분류군별 주요 특성에 따라 다양한 관련 산업 분야에 이용되고 있다. 동식물에 각종 질병을 유발하는 병원미생물은 제약(백신, 예방 및 치료제 등) 분야, 분해·생성을 통한 물질순환 특성을 가진 환경미생물은 환경복원, 환경정화 처리 공정 분야, 대사작용을 통한 물질 생성 특성을 가진 산업미생물은 발효공정, 생물변환, 에너지생산 등 분야, 식용, 발효를 통한 식품생산이 가능한 식품미생물은 버섯, 발효식품(주류, 장류 등) 분야에 이용되고 있다. 특히 부숙, 발효, 양분가용화 등 특성을 가진 농업미생물의 경우에는 농산물 생산 및 농업환경 개선에 적극 이용되고 있으며, 앞으로 무한한 발전 가능성을 내재하고 있다. 의생활, 식생활, 주생활, 가정용품, 산업용품, 기계제품 분야에서 미생물을 이용한 제품을 생산하고 있다. 의생활 제품은 미생물 효소세제와 섬유유연제, 미생물이 생산한 인디고 색소, 의류 신소재(키토산 섬유 등)이며, 식생활 제품은 설탕 대체 감미료, 비타민, 아미노산과 건강기능식품, 프로바이오틱 제품(요구르트)을 포함하고, 주생활 제품은 경화 시멘트, 콘크리트 결합재, 미생물 첨가 친환경 건축자재, 페인트 원료인 이타콘산 제조 제품이 있다. 또한 가정용품으로 기능성 비누, 치약 등 욕실용품, 화장품, 일회용 주방 용품, 탈취제, 접착제, 휴대용 소화기 제품이 있으며, 산업용품은 아세톤 등 산업용 유기용매, 미생물 이용 생분해성 고분자, 윤활제, 세병게관제 등의 제품이 있고, 기계제품으로는 미생물 연료전지 이용 전기제품, 가정용 음식물 쓰레기 분해기, 폐전자 제품에서 금속 재생산 제품이 있다.

사진7. 국내 미생물 산업 시장 규모

미생물자원의 개발 및 산업 동향

미생물자원의 개발 및 국내외 산업 동향은 미생물자원의 상품화, 고부가 미생물자원 수집, 확보 및 보존 경쟁이 치열하게 이루어지고 있다. 미생물자원의 상품화를 위하여 각국 미생물자원센터에서 균주를 판매하고 있으며 균주 가격은 국외의 경우 ATCC(미국) $300, CABI(영국) $230, CBS(네덜란드) $90, NBRC(일본) $50 이며, 국내에서는 한국표준균주보존센터(KCTC) $40, 한국미생물자원센터(KCCM) $40이다. 특히 농업미생물과 농업미생물은행(KACC)에서는 무료분양을 시행하고 있다. 또한 ATCC(미국), CABI(영국), CBS(네덜란드), DSM(독일), NBRC(일본), CAS(중국) 등은 국가 생물주권 확립을 위하여 해저 등 특수환경에서 미생물 자원 수집 및 확보에 열을 올리고 있으며 세계적으로 70개국 609개 미생물자원센터가 운영되고 있고, 총 2백만 여점을 보존하고 있다. 국내에서도 토양, 해양 등에서 미생물자원 탐사, 수집 및 보존으로 총 11만 여점을 보존하고 있으며, KACC 등록 보존 미생물자원은 총 2만여점(약 7천여종)을 보존하고 있다. 농축산용 미생물 산업시장 규모는 세계시장은 2010년 $16억(1,9조원)에서 2011년 $17억(2.0조원)로 증가하였으며, 2016년 $24억 (2.9조원)로 증가할 전망이다. 국내 시장 또한 2010년 7,714억원에서 2012년 8,763억원로 증가하였으며, 2014년 9,954억원으로 연평균 6.8% 증가하였다. 또한 2015년 친환경 농산물 인증에서 저농약 폐지로 인하여 유기, 무농약 비중이 높아져 친환경 농산물 규모 증가로 인하여 미생물제 수요가 급속하게 증가할 전망이다. 시장 전망은 2010년 4.1조원에서 2015년 4.9조원으로 증가하고 2020년에는 7.1조원으로 증가할 전망이다.

농촌진흥청의 농업미생물 관련 특허등록 87건, 기술이전 207건 실시료 357,850천원의 미생물제 개발 및 활용실적(~2013년)의 연구 성과를 달성하였다.

농촌진흥청의 농업미생물 관련 특허등록 87건, 기술이전 207건 실시료 357,850천원의 미생물제 개발 및 활용실적(~2013년)의 연구 성과를 달성하였다.

 

미생물자원 연구 추진 계획 및 전망

농촌진흥청은 세계적인 수준의 농업미생물 자원 보존 및 관리, 고품질 안전농산물 생산을 위한 미생물제 개발(30종)을 향후 5년간의 목표로 설정하고 연구개발을 추진할 계획이다. 이를 통하여 23,000점의 농업미생물 자원 다양성 확보하는 미생물 자원관리, 10종의 작물 생육 활성 미생물제 개발로 작물 활성, 12종의 작물 병해충 방제 미생물제를 개발하는 병해충 방제, 8종의 농축산 환경개선 미생물제를 개발하는 연구개발을 지속적으로 추진하고 있다.

특히 국립농업과학원, 농업기술원, 농업기술센터가 상호 유기적으로 협업하고 소통하여 미생물 산업화를 위한 기초연구 및 산업화, 미생물제 개발 및 현장 활용 평가, 현장적응 연구를 통하여 고부가 유용 미생물제 현장 실용화를 통한 고품질 안전 농산물을 생산하는 농가 현장 활용 체계를 구축하여 운영하고 있다. 이러한 연구 추진계획의 중점 추진 업무 및 과제는 국가 특허미생물통합보존소 운영, 미생물 생성물질을 이용한 작물 활성 증진 기술 개발, 곤충병원성 곰팡이를 이용한 파밤나방 방제기술 개발, 시설재배지 염류 집적 토양 환경 개선 미생물제 개발, 농축산 유용미생물의 현장 활용을 위한 실용배지 개발 및 이용 기술 등이 있다. 특허청 공고(2013.04.05)로 국가특허미생물통합보존소가 지정되고 농촌진흥청과 특허청간 MOU 체결(2013.06.13.)로 농업유전자원센터(수원)내에 통합보존소로 설치하였다. 이를 통하여 국내 4개 기관이 분산 보존하고 있는 특허미생물 1만여점에 대한 통합 보존을 실시(2014년∼2017년)하여, 30년 이상 보존하고 보존 후 농촌진흥청으로 귀속할 예정이다. 또한 국립농업과학원 미생물은행은 세계지적재산권기구(WIPO)에 의해 특허미생물 국제기탁기관으로 승인(2015. 5. 1)됨에 따라 세계44번째 국제기탁기관으로 역할을 수행하게 되었으며, 이를 통하여 국가 특허미생물의 통합 안전보존 관리 체계 구축하고 농촌진흥청의 대외 위상을 제고하였다.

미생물 생산 활성물질을 이용한 농작물 생육 증진 기술 개발은 미생물(EXTN-1)이 생산하는다이펩타이드 등을 이용한 작물 면역기능 향상과 약효 검증 및 작물 처리기술 개발에 관한 연구과제이다. 본 과제에서는 농작물의 생육증진과, 저온, 고온 등의 환경장해를 극복할 수 있는 미생물과 생성물질 처리에 의한 작물의 생육 및 환경장해 내성조사를 수행하고 있으며, 예상되는 성과로는 개발 미생물의 생성물질 처리방법 및 관리기술을 확립하여 배추 등 주요 작물의 안정 생산 및 생육 증진을 목표로 하며 배추의 경우 약 60% 의 생육 증진 효과가 향상하는 효과가 있는 것으로 밝혀졌다.

곤충병원 곰팡이를 이용한 파밤나방 방제기술 개발은 40과 200여종의 작물(채소, 과수, 화훼 등)을 가해하여 큰 피해를 입히는 파밤나방을 방제하기 위한 기술로 살충제에 대한 강한 저항성을 가지는 파밤나방을 방제하기 위한 화학농약 대체하는 유용 미생물제 개발 과제이다. 본 과제에서는 파밤나방에 대해 우수한 살충효과를 나타내는 균주(Metarhizium anisopliae FT83)를 선발하여 효과적으로 방제할 수 있는 처리 조건 및 대량배양 조건을 확립하였다.

시설재배지 염류 집적 토양 환경 개선 미생물제 개발은 연작지 과다시비에 의한 토양의 염류 집적 작물 생산성에 인산가용화 미생물을 이용하여 시설재배지의 염류 장해를 경감시킬 목적으로 추진하는 과제이다. 본 과제에서는 염류 집적 시설재배 채소작물 (상추, 토마토, 오이 등)을 대상으로 생육 촉진 효과와 전기전도도 변화, 가용성 인산 정량 분석을 통한 토양 환경 개선 효과를 조사하여 인산가용화 미생물처리 효과 검정을 수행한다. 이를 통하여 개발 미생물제의 토양 내 불활성 인산 가용화로 토마토 과실 수량 약 30% 증가 효과를 확인하였다.

유용미생물 현장 활용을 위한 실용배지 개발은 친환경 농업단지 조성 및 친환경 농산물에 대한 소비자 수요가 증가로 인하여 미생물 공급 농업기술센터가 2011년 95개소에서 2012년 114개소, 2013년 120개소, 2014년 123개소, 2015년 130개소로 증가하고 있으며, 농업기술센터의 미생물 배지 비용이 톤당 100만원 이상으로 매우 높아 작물용 및 축산용 유용미생물 대량배양을 위한 실용배지 개발이 필요하여 추진한 과제이다. 본 과제 수행으로 농업기술센터 미생물 배양용 실용배지 개발 비용이 66% 절감하는 효과가 있으며, 6개 도농업기술원과 공동 연구를 통한 지역별, 작물별 현장 적용 시험을 실시하여 유용미생물의 지역별, 작물별 사용 지침서를 2014년에 발간하였으며, 현재 9개 도농업기술원 모두가 참여하는 공동연구를 추가 수행 중이다. 이를 통한 유용미생물의 현장 활용을 증대하여 친환경 안전농산물 생산에 이바지하고 있다.

 

 

 

 

 

출처 : 농사로