백색부후균

백색부후균은 목재부후균의 종류에 속한다. 목재부후균은 나무를 부패시키는 균류로 구성되어있으며 나무를 부패 시킬 때 나무가 백색으로 변색이 되면 백색부후균으로 분류가 되는 반면에 나무가 갈색으로 변색이 되면 갈색부후균으로 분류가 된다. 백색부후균으로 인해 부패되는 나무는 습윤하고 부드러워지며 스펀지 같은 질감을 가지게 되고, 색깔은 흰색 또는 노란색으로 변색된다. 백색부후균으로 인한 목재의 부패는 목재가 습윤한 장소에 장시간 동안 비치되어 있을 경우에 일어난다.

백색부후균 (출처: GettyImages-1066434174) 

목차

백색부후균은 균사를 내는 특징을 가지고 있으며 이 균사가 통합적으로 균사체를 이룬다. 균사를 이루는 균사체가 나무를 관통하여 나무의 부식을 유도하고 이로 인해 생성되는 다양한 화합물을 사용한다. 균사체는 발달하여 자실체를 이루고 이로 인해 포자를 환경에 퍼트림으로 인해 생활주기를 이룬다. 백색부후균의 분해로 인해 결과적으로 나무가 습윤해지고 부드러워지며 스펀지 같은 질감을 가지게 되며 색깔은 흰색 또는 노란색으로 변색된다.

백색부후균(White-rot fungi)은 나무의 리그닌을 분해하여 옅은 색의 셀룰로스(cellulose)를 남기고, 이 중 몇몇 백색부후균은 리그닌과 셀룰로스를 모두 분해할 수 있다. 백색부후균의 많은 효소들이 나무의 부패에 직접적 또는 간접적인 영향을 주는데, 이 중 리그닌을 직접적으로 산화시키는 효소도 존재한다. 백색부후균은 지금까지 발견된 생물들 중에서 유일하게 리그닌을 완전히 분해할 수 있는 생물체이다.

리그닌은 직선으로 결합이 되어 있지 않고 체계적이지 못한 방향성과 일정하지 않은 결합을 이루고 있다. 백색부후균은 리그닌 퍼옥시데이즈(lignin peroxidase), 망간퍼옥시데이즈(manganese peroxidase), 과산화수소-생성 효소(H₂O₂-generating enzymes), 라케이스(laccase) 등의 효소를 생성하는데, 이 효소들은 강력한 산화제를 생산하여 리그닌의 구조 뼈대를 연소시켜서 완전히 분해시킨다. 또한, 백색부후균은 부패를 위해 셀룰라아제(cellulase)라는 효소를 사용한다. 셀룰라아제는 질소를 활용함에 있어서 매우 효율적이다. 예를 들어, Coriolus versicolor는 백색부후균의 한 종류로, 탄소:질소의 비율이 32: 1인 환경에 놓여 있을 때에 질소함량이 4%지만, 탄소:질소의 비율이 1600: 1인 환경에 있을 때에는 0.2% 밖에 안 되는 것으로 확인되었다. 이와 같이 질소가 낮은 환경임에도 불구하고 Coriolus versicolor는 질소를 세포 외 효소와 필수 세포 요소들을 생성하는 데에 할당하는 것이 발견되었다.

백색부후균은 엔도글루카나제와 글루코시다아제와 같은 셀룰로스를 분해하는 효소를 만든다. 이러한 엔도글루카나제는 셀룰로스 백본 결합을 절단시키고, 엑소글루카나아제는 셀룰로스의 비환원말단 또는 환원말단으로부터 공격하며, β-글루코시다아제는 포도당을 생성해 내는 셀로비오스(셀룰로스의 구성단위)를 공격하는 것으로 알려져 있다. 셀룰라아제는 나무 세포벽이 분해되는 작용기점에서 다른 효소와 같이 협력하는 것으로 예상한다. 또한 많은 백색부후균은 셀로비오스 탈수소 효소(cellobiose dehydrogenase; CDH)를 생성하는 것으로 알려져 있다. 셀로비오스 탈수소 효소는 셀룰로스와 가수분해를 하는 다른 효소들이 생산한 산출물을 산화시키는 역할을 한다.

백색부후균은 전세계적으로 발견되고 있으며 특히 식용을 위해 재배되고 있다.

백색부후균 (출처: GettyImages-1126403525)

식용으로 재배되는 백색부후균 외에는 목재에 피해를 입히는 백색부후균 또한 존재한다. 이들은 활엽수재와 침엽수재의 부식을 일으키며 섬유상 형태로 부서지며 건축물과 건물에 큰 피해를 입힐 수 있다.

백색부후균은 대부분 담자균류로 Phanerochaete chrysosporium (Sporotrichum pulverulentum), Pholiota squarrosa, Hypholoma fasciculare, Flammulina velutipes, Coriolus versicolor, Lentinula edodes, Pleurotus cornucopiae, Pleurotus ostreatus 등이 있다.

백색부후균은 유독한 환경에서도 잘 자랄 수 있는 성질을 가지고 있으므로 바이오정화기술로 사용하기에 적합하다. 또한, 백색부후균은 높은 온도와 다양한 pH에서 살아남을 수 있으므로 산업적, 환경적으로 응용이 될 수 있는 균류이다. 백색부후균이 다양한 효소를 생성하여 나무의 생체분자를 분해시킬 수 있는 기능을 갖고 있음으로, 백색부후균을 이용한 오염물질 등을 분해하는 자연정화기술 연구가 진행되고 있다.

리그닌과 자연에서 잘 분해되지 않는 오염물질에 백색부후균을 사용하여 분해할 수 있다. 문제가 되는 오염물질들은 다환 방향족 탄화수소(polycyclic aromatic hydrocarbons; PAHs), 살충제, 연료, 알칸, 폴리염화비페닐(polychlorinated biphenyls; PCBs) 등이 있다. 백색부후균을 생물적 환경 정화로 사용하기에 좋은 이유는 오염된 지역에 단 하나만의 오염물질이 발견되지 않고 여러가지의 오염물질이 발견되기 때문이다. 또한, 백색부후균은 다양한 기후 조건에서도 작용 할 수 있으며 목질 섬유소를 이용해 자라서 오염된 토지를 활발하게 정화시킬 수 있다. 또한 백색부후균은 이러한 오염물질을 분해 시킴으로 토지에 살고있던 미생물에게 좋은 영향을 끼친다.

제지용 펄프와 종이를 생산할 때에 셀룰로스 섬유를 리그닌으로부터 분리하는 것이 중요하다. 이것은 기계적 또는 화학적 방법으로 분리되어 왔다. 화학적 제지용 펄프 생산을 할 때 화학 약품 처리로 인해 리그닌의 용해도를 높여 흰 종이 로부터 제거할 수 있는 갈색 잔여물을 남긴다. 이 과정을 위해 오랜 시간 동안 염소가 사용이 되어왔지만 최근은 산소와 과산화수소를 사용해 탈리그닌화를 시킨다. 하지만 산소와 과산화수소를 사용하는 방법은 염소를 사용하는 방법보다 품질이 떨어지는 종이를 생산해 낸다. 기계적, 화학적 방법으로 제지용 펄프를 생산해 내기 전에 나무 조각에 리그닌 분해성 균류를 처리하는 것을 바이오펄핑(biopulping)이라 한다. 백색부후균은 기계적 에너지와 화학 약품 소비를 줄이며 환경 친화적인 방법이기에 바이오펄핑에 사용되기 적합한 것으로 생각이 된다. 또한, 백색부후균은 리그닌만 제거하는 것뿐만이 아니라 다른 목재 추출 성분을 제거하기 때문에 폐수의 독성 효과 또한 줄이는 것으로 알려져 있다.

또한, 백색부후균은 전세계적으로 식량으로 재배되고 있다. 예를 들면 표고버섯은 2003년에 버섯 생산량의 25%를 기록할 만큼 식량으로 많이 쓰이는 백색부후균이다.

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반용선/연세대학교

이은진/고려대학교