극한미생물

극한미생물(국문) extremophile(영문)

극한미생물(extremophile)은 지구상의 대부분의 생물체가 살아가기 힘든 물리적, 화학적 극한의 환경에서 서식하는 생명체로서 대부분 미생물이다. 세균(bacteria)이나 진핵생물(eukaryote)에 속하는 극한미생물이 존재하긴 하지만, 고균 중 암모니아 산화 고균(ammonia-oxidizing archaea) 등을 제외한 대부분의 배양 가능한 고균이 극한미생물에 속한다. 호열성(고온), 호산성(pH<3), 호염기성(pH>9), 혐기성(산소가 없는 환경), 호염성(높은 농도의 염분) 등 다양한 종류의 극한 환경에서 서식하는 미생물이 알려져 있다. 극한미생물은 극한의 환경에서 서식할 수 있는 특성 때문에 보통의 생물들과는 다른 특징을 갖고 있다. 극한미생물들이 생산하는 효소나 유전자 등을 이용하여 산업적으로 활용하려는 연구가 진행되고 있다. 특히 고온성, 알칼리성 효소 등이 개발되어 세제 및 식품산업에서 널리 사용되고 있다.

초고온성 미생물 Pyrococcus furiosus의 전자현미경 사진 (출처: GettyimagesKorea)

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초고온성 고균이 발견된 옐로스톤 국립공원(Yellowstone National Park)의 고온 호수 (출처: GettyimagesKorea)

고온에서 서식하는 미생물로서 보통 60°C 이상의 온도에서 살아가는 미생물을 뜻한다. 초고온성 미생물의 최적 생장 온도는 80°C 이상이다. 초고온성 균은 옐로스톤 국립공원(Yellowstone National Park)의 고온 호수에서 Thomas D. Brock에 의해 최초로 분리, 보고되었다. 고균의 한 종인 Geogemma barossii strain 121의 경우 121°C에서 생장할 수 있고, 122°C에서도 생장할 수 있는 초고온성 메탄생성 고균도 알려져 있다.

-20~+10°C 범위의 차가운 온도에서도 최적으로 생장하는 미생물이다. 세균을 포함해서 진핵생물 중 이끼(lichen), 눈 조류(snow algae), 균류(fungi) 등 다양한 저온성 미생물들이 존재한다.

산성의 환경에서 서식하는 미생물이다. 일반적으로 pH 2이하의 산성 환경에서 서식한다. 대부분의 호산성 미생물들은 세포질을 중성 또는 중성에 가까운 pH로 유지하기 위해 세포 내에서 양성자(수소이온) 배출 메커니즘을 가지고 있다.

염기성의 환경에서 서식하는 미생물이다. 일반적으로 pH 8.5 이상의 염기성 환경에서 서식한다. 호염기성 미생물들은 수동적 또는 능동적 방법으로 세포질의 산성을 유지한다. 수동적 산성화를 위해 세포벽에 여러 종류의 산 잔류물로 구성된 중합체를 구성하고, 능동적 산성화를 위해 Na⁺/H⁺ 역수송체를 이용한다.

높은 염분 농도에서 서식하는 미생물이다. 생장에 0.3M 이상의 염농도를 필요로 한다. 대부분은 고균에 속하지만 미세 조류인 Dunaliella salina 같은 고균이 아닌 미생물들도 호염성인 경우가 있다. 대부분의 호염성 미생물은 고염분의 환경인 바다, 염전, 호수 등에 서식하고, 빛으로부터 세포 손상을 방지하기 위해 카로티노이드(carotenoid) 색소를 함유하고 있어 붉은색을 띤다. 세포 밖의 높은 염분 농도에 의한 세포 손상을 막기 위해 세포 내에 K⁺ 등의 화합성 용질(compatible solute)을 축적하여 삼투압에 대응한다.

고당, 고염 환경 등의 높은 삼투압에 적응한 미생물이다. 호삼투압성 미생물은 호염성 미생물과 같이 낮은 수분활성(water activity) 환경에서 생장한다.

수분활성이 0.8 이하의 건조한 환경에서 서식하는 미생물이다. 수분활성을 감소시키는 음식 보전방법으로도 건조내성 미생물을 생장을 방지할 수 없기 때문에 종종 식품 부패를 유발하기도 한다.

깊은 바다 등에 서식하는 세균나 고균과 같이 높은 압력에서 살아가는 미생물이다. 고압성 미생물의 경우 높은 지방산 비율의 세포막을 가지고 있어서 고압에서도 막의 기능을 유지한다.

산소가 존재하지 않는 환경에서 서식하는 미생물이다. 이 미생물들은 대사과정에서 혐기적 호흡, 또는 발효에 의해 산소 없이 에너지를 생산할 수 있다.

노성운/세계김치연구소

김승범/충남대학교

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