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실내 공기 속 '곰팡이', WHO 허용치 이하에서도 폐 손상 확인....국내엔 기준도 없어

실내 공기속 곰팡이가 세계보건기구(WHO) 허용치 이하에서도 폐를 손상시킨다는 연구결과가 나왔다. 그럼에도 국내에는 곰팡이 허용 기준이 없다. 국가독성과학연구소(소장 허정두)는 호흡기안전연구센터 송미경 박사팀이 실내 공기 중 부유하는 세균이나 곰팡이와 같은 미생물이 호흡기계에 미치는 영향을 평가, 인체 위해성을 정량적으로 분석·연구한 결과를 18일 발표했다. 이 결과에 따르면 사람이 노출돼도 건강에 영향을 받지 않을 것으로 예상되는 기준값인 독성참고치(RfD) 산출 결과 곰팡이는 무게 kg당 2.2개 정도(2.2CFU/kg), 세균은 kg당 1.6x10⁴ CFU(균형성단위)로 나타났다. 송미경 박사는 "이 연구결과는 곰팡이의 경우 WHO 허용 기준치인 500 CFU 이하에서도 폐 손상이 일어난다는 것을 의미한다"며 "향후 폐질환 기저질환자나 노약자 등 민감군을 고려한 미생물 흡입 RfD를 재정비하고, 실내공기 미생물 기준의 정책화 연계를 위해 위해성 평가를 확대해 나갈 것"이라고 말했다. 연구는 고려대학교 의과대학 알레르기면역연구소 윤원석 연구팀과 함께 수행됐다. 이들은 실내 공공시설에서 수집한 공기 중의 미생물 가운데 우점종 곰팡이 2종과 세균 2종을 분리·동정한 뒤 열처리 등을 거쳐 물질이 폐에 미치는 영향을 평가했다. 송미경 박사는 "일부 미생물에 노출된 실험동물에서는 폐 내 염증세포 수가 증가하고, 염증 유발 물질인 사이토카인의 분비가 활발해졌다"며 "폐 조직에는 다양한 염증세포와 알레르기 반응에 관여하는 호산구가 침윤하는 양상과 점액 분비 세포의 과도한 증식 등이 나타났다"고 덧붙였다. 연구결과는 환경 분야 국제 학술지인 '해저도스 머티리얼즈 저널'(Journal of Hazardous Materials)에 게재됐다.

2025.07.18 10:36박희범 기자

눈 건강기능식품 원료 '루테인', 포도당서 대량 생산 성공

눈 건강기능식품 원료로 널리 알려진 '루테인'을 대량으로 생산할 수 있는 길이 열렸다. 기술 사업화도 추진 중이다. KAIST(총장 이광형)는 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 루테인을 포도당에서 대량 생산하는 미생물 균주 개발에 성공했다고 13일 밝혔다. 루테인은 황반변성 및 백내장과 같은 눈 질환 예방에 효과적인 성분으로 알려졌다. 금잔화(메리골드)에서 추출한다. 그러나 이 식물은 재배기간이 통상 200일이나 걸리는데다, 추출 과정까지 노동력도 많이 투입된다. 설령 미생물 대사공학을 이용해 루테인을 생산하더라도 부산물이 많이 발생한다. 루테인 합성 대사특정 경로에서 '병목 단계'도 존재해 대량 축적에는 한계가 있다. 그러나 KAIST 연구팀이 이 같은 문제를 모두 해결했다. 우선 대사 경로에서의 병목현상 해소를 위해 전자 채널링 전략을 적용했다. 전자 채널링은 생체 내 또는 인공 생합성 시스템에서 특정 효소 반응을 보다 빠르고 효율적으로 일어나게 하기 위해, 전자가 효율적으로 이동하도록 경로를 제어하는 기술이다. 또 루테인을 만드는데 필요한 효소들을 최적화된 단백질 구조(스캐폴드) 시스템에 가깝게 배열했다. 이를 통해 효소 주변 재료(기질)와 전자 농도를 높여 루테인 합성 대사 흐름을 원활하게 했다. 또한 연구팀은 설탕처럼 흔한 포도당에서 루테인을 고효율로 생산할 수 있는 미생물 플랫폼을 구축했다. 이상엽 교수는 "바이오매스 주 원료인 포도당으로부터 친환경적인 바이오 기반 루테인 생산 가능성을 제시하는 중요한 성과"라고 자평했다. 연구팀은 초기 연구 대장균을 숙주로 활용해 루테인 대량 생산을 시도했으나, 이에는 그람음성 세균인 내독소(LPS)로 인해 식품 및 의약품 원료로 적합하지 않다는 판단에 따라 이를 포기했다. 이어 찾은 방안이 미식품의약청(FDA)에 안전원료로 등재된 'GRAS' 균주인 코리네박테리움 글루타미쿰이다. 코리네박테리움은 내독소가 없다. 인체에 안전한 균주로 인정받아 식품 및 의약품 산업에서 활용 중이다. 또 고밀도 배양이 가능하고, 산업적 발효 공정에 최적화된 미생물로 대량 생산에 적합한 특성을 갖는다. 연구팀은 코리네박테리움으로 54시간 만에 1.78 g/L의 루테인을 생산하는 데 성공했다. 이는 시간당 32.88 mg/L의 생산성을 나타냈다. 이상엽 교수는 "기존 식물이나 미세조류에서 루테인을 추출하는 기존 방식보다 훨씬 빠르고 효율적인 생산방법"이라고 부연 설명했다. 논문 공동제1저자인 은현민 연구생(박사과정)은 “미생물 기반 루테인 생산의 병목을 해소하고 산업적으로 경쟁력 있는 친환경 공정을 확립한 사례”라며, “향후 루테인을 포함한 다양한 천연물 생산 기술의 실용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다. 이상엽 교수는 이 기술로 (주)실리코바이오(이상엽 특훈교수 교원창업기업)를 설립했다. 조만간 기술사업화에 나선다. 연구 결과는 은현민 연구생 외에도 신디 프리시리아 수르야 프라보우( Cindy Pricilia Surya Prabowo)가 공동 제1저자로 등록돼 국제 학술지 네이처 신시시스(7월 1일자)에 게재됐다.

2025.07.13 12:01박희범 기자

장내 특정 미생물 투입했더니…뇌종양 면역치료에 효과

KAIST 연구진이 뇌종양 면역치료 효과를 높일 수 있는 새로운 치료 전략을 제시했다. 생명과학과 이흥규 교수 연구팀은 장내 미생물과 이로부터 나오는 대사산물을 활용해 교모세포종(악성 뇌종양의 일종) 면역치료 효율을 크게 높이는 방법을 찾아 과학적으로 규명했다고 1일 밝혔다. 연구팀은 교모세포종이 진행되면서 장내에서 아미노산인 '트립토판(tryptophan)' 농도가 급격히 줄어들고, 이로 인해 장내 미생물 생태계가 변화한다는 점에 주목했다. 연구팀은 줄어든 트립토판을 보충하는 방법으로 미생물 다양성을 회복시킨결과, 특정 유익한 균주가 면역세포 중 하나인 'CD8' T세포를 활성화하고 종양 조직으로 다시 유도하는 역할을 한다는 사실을 과학적으로 밝혀냈다. 이 과정에서 장내에 존재하는 유익한 공생균인 '던카니엘라 두보시(Duncaniella dubosii)'가 T세포의 몸속 재분포하도록 지원, 면역항암제(anti-PD-1)와 함께 사용할 때 생존율이 유의미하게 향상됐다는 것이 연구팀 설명이다. 김현철 박사는 "장내 미생물이 전혀 없는 무균 생쥐에게 위 공생균을 단독으로 투입해도 교모세포종에 대한 생존율이 높아졌다"며 "이는 이 균주가 트립토판을 활용해 장내 환경을 조절하고, 그 과정에서 생성되는 대사산물이 CD8 T세포의 암세포 공격 능력을 강화하기 때문"이라고 부연 설명했다. 이흥규 교수는 “이번 연구는 면역관문억제제가 효과를 보이지 않았던 난치성 뇌종양에서도, 장내 미생물을 활용한 병용 전략을 통해 치료 반응을 유의하게 높일 수 있음을 보여준 의미 있는 성과”라고 설명했다. 연구는 김현철 당시 박사(현, KAIST 생명과학연구소 박사후연구원)가 제1 저자로 참여했다. 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지'셀 리포츠(Cell Reports)'6월 26일자에 온라인으로 게재됐다.

2025.07.01 08:15박희범 기자

호남권생물자원관, 미생물 유전정보 산업화 박차

환경부 산하 국립호남권생물자원관(관장 박진영)은 동신대학교 마이크로바이옴웰에이징사업단, 남해안권발효식품산업지원센터(순천시), 목포수산식품지원센터와 함께 미생물 유전정보(마이크로바이옴) 분야 공동연구와 지역 바이오산업 활성화를 위한 업무협약을 체결했다고 26일 밝혔다. 4개 기관의 협약 내용은 ▲관련 생물자원의 지속가능한 이용을 위한 공동연구 발굴 ▲미생물 유전정보 연구산업 전문요원 양성과정 개발 및 협업 운영체계 마련 ▲연구 산업군 육성을 위한 상호 협력 ▲전남 바이오산업의 적극적 상호 발전을 위한 교류·협력 등이 포함됐다. 4개 기관은 협약에 따라 전남 지역 미생물 유전정보 기술개발, 바이오소재 산업화, 전문 인력 양성 등을 위한 협력체계를 구축하고 각 기관이 보유한 자원과 기술을 바탕으로 공동연구 및 산업 지원 노하우를 공유해 나갈 계획이다. 오병건 국립호남권생물자원관 도서생물연구본부장은 “이번 협약은 유용 생물자원을 기반으로 한 공동연구의 시발점이 될 것”이라며 “지역산업과 연계한 실질적인 사업을 적극 발굴해 전남 바이오산업의 경쟁력 강화에 기여하겠다”고 밝혔다.

2025.06.26 11:18주문정 기자

짠 음식이 뇌종양 악화 '핵심'요인…KAIST, 세계 첫 규명

짠 음식이 뇌종양을 악화시킨다는 사실이 입증됐다. KAIST는 생명과학과 이흥규 교수 연구팀이 고염식이 장내 미생물 증식을 늘려 대사물질인 '프로피오네이트(propionate)'를 장내에 과도하게 축적시켜 뇌종양을 악화한다는 사실을 규명했다고 1일 밝혔다. 연구팀은 실험용 마우스에게 4주간 짠 사료를 섭취시킨 뒤 종양세포를 주입하자 일반식이 그룹에 비해 생존율이 크게 낮아지고 종양 크기가 증가하는 것을 확인했다. 항생제로 장내 미생물을 제거하거나, 무균 마우스에 분변(고염사료 섭취한 사람의 대변에 해당되는 마우스 분변 샘플) 미생물을 이식하는 실험에서도 유사한 뇌종양 악화 반응이 관찰됐다. 연구팀은 "장내 미생물 변화가 뇌종양 악화 핵심 요인임을 보여주는 증거"라고 말했다. 연구팀은 장내 미생물 중 박테로이드 불가투스(Bacteroides vulgatus)라는 균이 고염식 섭취량에 따라 증가하고, 이 균이 프로피오네이트(propionate)라는 효소(Pccb) 발현을 높인다는 사실을 발견했다. 연구팀은 "장내에서 프로피오네이트 농도가 비정상적으로 상승했다"며 "이 물질은 뇌종양 세포에서 산소가 충분한데도 마치 부족한 것처럼 '저산소유도인자-1알파(HIF-1α)'를 활성화시켰다"고 설명했다. 연구팀은 "저산소유도인자가 다시 '형질전환성장인자-베타(TGF-β)'를 증가시켜 제1형 콜라겐(COL1A1)을 과하게 만들고, 종양 세포가 더 쉽게 퍼지고 악성도를 높였다"고 부연설명했다. 이흥규 교수는 “짠 음식 섭취가 장내 미생물 생태계를 변화시키고, 그 결과 생성된 대사산물이 뇌종양을 악화시킬 수 있음을 세계 최초로 분자 수준에서 규명한 것”이라고 말했다. 공동 제1 저자로는 KAIST 김채원 박사(현. 미국 하버드 의과대학 부속 보스턴 어린이병원 박사후연구원)와 김현진 박사(KAIST 생명과학연구소 박사후연구원)가 참여했다. 연구결과는 생의학 국제 학술지 '저널 어브 익스페리멘탈 메디슨(Journal of Experimental Medicine)'에 최근 게재됐다.

2025.06.01 12:00박희범 기자

중금속·유기 오염물질 동시 정화하는 신종 미생물 발견

환경부 산하 국립낙동강생물자원관(관장 유호)은 폐수에 존재하는 중금속과 유기 오염물질을 동시에 정화할 수 있는 디클로로모나스 속 신종 미생물을 발견했다고 27일 밝혔다. 연구진은 2019년부터 최근까지 폐수처리 시설(평택 통복 하수처리장) 환경과 유사한 조건에서 미생물을 배양해 환경 정화 기능을 가진 미생물을 우선적으로 증식·선별, 그 과정에서 이번 신종 미생물을 발견했다고 전했다. 발견된 디클로로모나스 속 균주(TW-R-39-2)는 오염물질에 포함된 카드뮴·납 등 다양한 중금속을 흡착·제거하며, 폐수 속 염화페놀 등 염소화 화합물도 80% 이상 줄였다. 낙동강생물자원관 관계자는 “기존 화학적 처리법은 비용이 높고 2차 오염 위험이 있어 한계가 있지만, 미생물을 활용한 생물학적 정화 기술은 지속 가능하며 환경 부담을 줄일 수 있는 대안으로 주목된다”고 설명했다. 연구진은 연구 결과를 이달 초 특허로 출원하고 실증화 연구를 통해 산업적 적용 가능성을 검증할 계획이다. 특허명은 중금속 내성 및 흡착능과 염소화 화합물 분해 활성을 가지는 신규 디클로로모나스 속 TW-R-39-2 균주 및 이를 이용한 환경 정화 방법(출원번호 10-2025-0028458)이다. 김의진 낙동강생물자원관 생물자원연구실장은 “이번에 발견한 신종 미생물은 중금속과 유기 화합물이 혼재된 복합오염 환경에서도 우수한 정화 효과를 보인다”며 “산업 폐수 정화, 토양 및 지하수 복원 등 다양한 환경 문제 해결에 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

2025.03.27 12:00주문정 기자

KAIST, 석유 대신 고분자 미생물로 플라스틱 제조 성공

석유나 석탄 등 화석연료에 뽑아내던 플라스틱을 고분자 미생물로 대체할 수 있는 친환경 기술이 개발됐다. KAIST(총장 이광형)는 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 시스템 대사공학을 이용해 미생물 균주에서 여러 가지 신규 유형의 친환경 바이오 플라스틱인 폴리에스터 아마이드(PEA)를 생산하는데 성공했다고 20일 밝혔다. 이 연구에서 성과물의 물성 분석은 한국화학연구원이 진행했다. 연구팀은 자연계에 존재하지 않는 미생물 대사회로를 자체 설계하는 방법으로 총 9종의 플랫폼 미생물 균주를 개발했다. 이 플랫폼 균주를 이용하면, 바이오매스(폐목재나 잡초 등) 주원료인 포도당을 원료로 하는 PEA를 친환경적으로 생산할 수 있다. 연구팀은 또 유가 배양식 발효 공정을 이용해 '고효율'로(54.57 g/L) 생산할 수 있다. 향후 산업화도 가능할 것으로 내다본 이유다.안다희 연구생(박사과정)은 "PEA로 플라스틱 생산은 세계적으로 처음이라 마땅히 비교 대상이 없어 고효율이라고 얘기는 것이 애매한 면도 있다"며 "그러나 상용화 초석은 놓은 셈으로 봐도 된다"고 말했다. 물성 분석을 진행한 한국화학연구원(정해민, 신지훈 연구원) 측은 "기존의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 유사한 성질을 갖고 있는 것으로 나타났다"며 "친환경적이면서도 기존 플라스틱을 대체할 수 있을 만큼 강도와 내구성이 뛰어나다"고 설명했다. 이상엽 특훈교수는 "향후 여러가지 고분자를 생산하는 대사회로 시스템 구축에 유용할 것"으로 예상했다. 이 특훈교수는 “석유화학 산업 기반에 의존하지 않고도 플라스틱을 생산하는 기술을 세계 최초로 확보한 것"이라며 "앞으로 생산량과 생산성을 더 개선하는 연구를 진행할 계획"이라고 말했다. 연구 결과는 국제 학술지 `네이쳐 케미컬 바이올로지(Nature Chemical Biology)'(3월 17일자)에 온라인 게재됐다.

2025.03.20 14:11박희범 기자

담수 미세조류에서 육계 장 건강 개선 효능 확인

환경부 산하 국립낙동강생물자원관(관장 유호)은 담수에서 분리한 미세조류가 육계의 장 건강을 개선해 사료첨가제 역할을 할 수 있다고 8일 밝혔다. 현재 사료첨가제 시장은 항생제 사용 감소와 친환경 축산의 영향으로 연평균 4.43% 성장해 2032년엔 전 세계적으로 75조원 규모에 이를 것으로 예상된다. 특히 영양적 우수성과 장내 환경 개선·면역 증진 효과를 지닌 미세조류는 유망한 사료첨가제로 주목받고 있다. 국립낙동강생물자원관 연구진은 2019년부터 김명후 부산대학교 교수, 공창수 경북대학교 교수와 공동으로 '유용미생물을 이용한 사료첨가제 개발' 연구 일환으로 담수 미세조류의 사료첨가제 효능 연구를 지속해서 수행해왔다. 연구진은 파라클로렐라 속 케이에스엔(KSN)-1 균주가 육계 맹장 내 클로스트리디움 유익균 및 면역글로불린 A(IgA) 항체를 증가시킴과 동시에 소장 조직 내 면역세포를 증가시켜 면역력을 높이는 효능이 있음을 확인했다. 이번 미세조류의 육계 장 건강 개선 효능에 대한 연구결과 논문을 국제학술지 '가금 과학'에 지난해 12월 게재해 사료첨가용 유용미생물 기능성에 대한 학술적 가치도 인정받았다. 연구진은 이번 연구에 이어 기능성 유산균과 미세조류 조합을 활용한 육계 사료첨가 효능 실증 연구를 2026년까지 마무리할 계획이다. 류시현 국립낙동강생물자원관 생물자원연구실장은 “이번 연구는 담수 미세조류 자원이 육계용 사료첨가제로서 효능이 있다는 것을 확인했다는 의의가 있다”며 “미세조류 등 유용 미생물자원을 활용한 생명산업 소재 개발을 위해 지속해서 노력할 계획”이라고 밝혔다.

2025.01.08 22:23주문정 기자

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