_적조, 녹조라는 유해조류의 범람으로 한반도의 강과 바다가 몸살을 앓고 있다. 해마다 지속된 적조와 녹조라떼는 심심찮은 뉴스의 단골 주제이다. 그럴 때는 꼭 어벤저스나 판타스틱4처럼 영웅이 나타나 문제를 해결해줬으면 싶다. 하지만 이 문제에 해결사가 나타나는 것도 먼 이야기는 아닌 듯하다. 그 동안 지적되어 온 적조 구제의 문제들을 해결할 ‘바이오나노캡시드’가 등장했기 때문이다. 아직 그 사례가 많지 않지만 점점 입소문을 타고 있는 이 연구의 작전명은 ‘바이오나노캡시드, 적조를 구제하라!’이다

 

뚜렷한 해결책 없는 적조 구제, 방법을 바꿔야할 때

_적조와 녹조로 인한 세계적인 피해상황은 오래전부터 이어져 왔다. 기후 온난화로 빙하가 녹아 염분농도가 감소하고 과도한 부영양화가 계속되면서 그 정도는 나날이 심해지고 있다. 더욱 안타까운 것은 적조에 효과적이고 경제적인 예방법과 해결책이 없다는 것이다. 유일하게 상용화된 황토살포법 마저 낮은 효율과 황토 침강에 따른 환경문제로 최선책이 아닌 차선책일 뿐이다. 이에 황토살포법을 개량한 연구가 지속되고 있지만 적조 유발 유해조류에 대한 특이성이 부족하다는 평가를 면치 못하고 있다. 이에 새로운 적조 구원자로 나선 ‘바이오나노캡시드’를 소개하고자 한다. 적조 미생물에 특이적으로 감염하는 바이러스 캡시드를 이용한 바이오나노캡시드. 만나보자.

 

 

조류를 감염시키는 ‘특정’ 바이러스

_ 바이오나노캡시드는 ‘바이러스의 특징’을 이용하는 것이라 생각하면 간단하다. 일반적인 해수에는 1mL에 1천만 개 정도의 바이러스가 존재한다. 그 중 적조의 원인이 되는 조류에 특이하게 감염하는 바이러스들이 발견되었는데, 바이러스에 감염되었을 때 해당 조류가 뚜렷하게 소멸하는 점이 적조 구제의 포문을 새롭게 열고 있다. 기존의 적조방제는 적조를 유발하는 특정한 유해조류에만 적용되지 못하고 모든 수생 생물의 활성에 영향을 미치는 방법들뿐이었는데 바이오나노캡시드를 활용한 핵심은 해양생태계의 다른 생물에는 영향을 미치지 않고 적조를 유발하는 특정 미세조류에만 흡착한다는 것이다. 다시 말해 바이러스 입자와 달리 핵산이 없어 증식을 하지 않는 나노캡시드 입자, 또는 바이러스 유사입자(VLPs; virus-like particles)를 이용함으로써 생태계 교란을 근본적으로 차단하게 되는 것이다. 단백질 외각 구조를 이루는 캡시드 단백질의 유전자를 클로닝해서 재조합 효모 또는 대장균에서 대량 발현시키고, 발현된 단백질을 적당한 완충용액에서 자가조립시키면 핵산이 없는 VLP입자를 만들 수 있다. 여기에 자가조립 과정에서 독성이 거의 없고, 특정 유해조류를 살조할 수 있는 능력이 있는 저분자의 살조물질을 탑재시킬 수 있는 것이다. 이렇게 만들어진 살조물질 탑재 VLP 입자들은 저농도에서도 특정 유해조류만 제어할 수 있는 능력을 갖게 된다.

 

 

 

바이러스의 숙주특이성을 이용하자

_바이오나노캡시드의 핵심은 바이러스가 특정 숙주에 대해 특이하게 감염한다는 점이다. 바이러스의 외부 캡시드 단백질 유전자를 클로닝해 효모나 대장균에서 대량생산하고 해당 조류에 감염시킨다. 이 때 바이러스의 라이프사이클을 통해 감염된 적조 미생물을 사멸하게 만들 수 있는 것이다. 바이러스의 단백질 외각인 캡시드(capsid)는 캡소머(capsomere)라 불리는 단위소립자들이 규칙적으로 배열하여 이루어져 있고 이 캡시드 단백질 표면에 숙주의 표면 수용체와 특이하게 결합할 수 있는 리간드가 있어 특정한 자기의 숙주에만 감염할 수 있다. 바이러스의 캡시드 단백질은 핵산이 없어 자가증식이 불가능하기 때문에 바이러스에 의한 생태계 교란 걱정은 하지 않아도 된다. 이러한 특성을 이용하여 최근에는 캡시드의 표면 단백질을 구성하는 일부 특정 아미노산들을 다른 아미노산, 또는 고분자 물질로 개질하여 숙주 세포에 좀 더 특이성을 갖는 입자들로 만들려는 연구가 시도되고 있다.

 

 

 

 

 

 어려움이 남는 연구 환경

_상용화 된다면 바이오나노캡시드를 이용한 유해조류 제거에 거센 바람이 불 것은 분명하다. 하지만 세계 유일하게 유해조류에 적용할 수 있는 바이오나노캡시드를 연구하는 팀은 김시욱 교수가 속해있는 연구팀이 유일하다. 조선대 환경공학과 김시욱 교수는 “본 연구를 진행하면서 가장 안타까웠던 점은 연구에 필요한 유해조류 감염 바이러스와 그들의 생태학적, 분자생물학적 정보를 확보하는 것이 너무 어렵다는 것이다”고 말했다. 우리나라뿐 아니라 전 세계적으로도 일본, 캐나다 등 일부 지역에서만 조류 바이러스를 연구하다 보니 생물자원의 교류가 매우 어려운 환경이라는 것이다. 사실 국내 적조 유발 코클로디니움 감염 바이러스는 전 세계적으로 발견된 적이 없으며 분리에 성공하지 못했다고 한다. 국내에 적용하기 위해서는 코클로디니움에 특이하게 감염하는 바이러스 또는 바이러스 핵산의 염기서열 정보를 확보하여야만 가능하기 때문에 아직 시도가 어렵다고.

 

 

이제 막 첫걸음 뗀 기대주, 바이오나노캡시드

_바이오나노캡시드를 이용해 유해조류를 제거할 경우 유일하게 상용화된 황토살포법의 문제 또한 해결할 수 있을 것으로 보인다. 기존의 황토살포법은 앞서 지적한 황토침전물의 문제 뿐 아니라 유해조류의 종 특이성 반영이 불가한 점과 광범위한 적조 발생해역에는 적용하기 어렵다는 문제가 지적되었다. 바이오나노캡시드는 자연분해가 가능하며 인체나 자연생태계에 무해한 항적조제로 사용될 수 있는 것이 장점이다. 또한 적조생물에 특이하게 부착하는 점이 기존에 지적되어온 방법들의 문제를 해결할 수 있는 대안으로 보고되고 있다. 하지만 아직 바이오나노캡시드를 이용한 유해조류제거에 대한 사례는 전무하다. 또한 외국에서도 유해조류에 적용한 사례는 없다고 한다. 유해조류 제거를 위한 바이오나노캡시드에 대한 연구는 전세계적으로 우리나라 연구팀이 유일하다. 조선대 김 교수는 “연구가 성공하려면 좀 더 많은 전문가의 합류와 연구비 지원이 있어야 하나, 지금은 연구과제(미래부, 미래유망융합기술 파이어니아 사업)이 종료되어 애를 먹고 있다”고 답했다. 또한 상용화를 위해서는 먼저 VLP입자를 재조합 효모 또는 대장균에서 대량발현 하여야 하는데, 실제 캡시드 유전자의 특성상 발현이 어렵고 발현량도 작아 이 점만 해결된다면 .