제주에서 똘똘 뭉친, We are Family

- 해양바이오매스 융합 이용 연구그룹 -

사진 1: 해양바이오매스 융합 이용 연구그룹 팀원들

‘해양바이오매스’란, 생태학에서는 일정 공간 내에 현존하는 동물, 식물, 미생물 등의 모든 유기체를 물량으로 환산한 양을 말하며, ‘생물현존량’ 또는 ‘생물량’이라고 한다. 그러나 현재 응용생명공학에서는 본래의 생태학적 의미를 넘어서 ‘태양에너지를 축적하고 있는 생물로부터 유용 물질이나 연료를 얻어 낸다’라는 개념의 대상으로서 주목받고 있다. 지구 전체 바이오매스의 총량은 100 X 1,010톤 (탄소로 환산) 이상으로 추정되며, 이는 석유매장량의 5배에 달한다. 바이오매스 총량의 1/10은 태양에너지를 이용한 광합성에 의해 매년 재생산이 이루어지고 있다. 특히 해조류는 지구 표면의 2/3를 차지하는 해양이 축적하고 있는 태양에너지를 효율적으로 이용할 수 있는 매우 중요한 해양바이오매스 자원으로 크게 주목받고 있다. 해양바이오산업의 미래를 만들어가고 있는 KIOST 제주연구소 해양바이오매스 융합 이용 연구그룹을 만나 이야기를 들어보았다.

미세조류와 해양바이오 산업

해양바이오매스를 이야기할 때 빼놓을 수 없는 것이 바로 미세조류이다. 원료로 사용하는 미세조류에서 유용 물질을 얻어 각종 연구에 활용하고 있기 때문이다. 미세조류는 단세포 형태의 크기가 매우 작은 생물집단으로, 일반적으로 식물플랑크톤이라 불린다. 미세조류는 미역, 다시마와 같은 크기가 비교적 큰 다세포 생물집단을 의미하는 대형해조류와 함께 수생 환경에서 광합성을 하는 생물이다. 미세조류는 현재 10만 종 이상으로 알려져 있다. 미세조류는 지구에서 가장 중요한 식물이라 불리며 육상식물에 비해 1/10밖에 되지 않지만, 지구의 50%에 이르는 산소를 만들어 내고 있다. 자기 몸집의 2배 이상이나 되는 이산화탄소를 저장하는 능력이 있고, 광합성을 통해 물, 이산화탄소, 질소, 인을 사용하여 유기물로 전환하기도 한다. 해양생물의 먹이가 되는 먹이사슬의 기초생산자이기 때문에 우리에게 큰 영향력을 가지고 있는 것이다. 게다가 백악기 시절 퇴적되어 있던 미세조류는 일정한 온도와 압력에서 원유가 되어 현재 우리가 연료로 쓰고 있기도 하다. 우리가 숨 쉬고, 먹고, 사용하는 연료까지 될 수 있는 미세조류는 중요한 기초자원. 최근에는 의료용 약품이나 건강기능식품 개발 원료로도 주목받고 있다고 말하며 팀을 이끄는 강도형 소장은 미세조류의 중요성을 설파하였다.

사진2: 해양바이오매스의 미래를 설명하고 있는 강도형 소장

해양바이오매스 팀원의 역할은 이러한 기초생산자들을 안정되게 보존하고 활용할 수 있는 역할과 비전을 마련하는 것이라는 강도형 소장. 해양바이오매스 연구의 첫걸음은 원료채취에서부터 시작한다. 팀원들은 제주 바다로 나가 미세조류와 해조류를 확보하고, 확보한 원료로 유용물질을 생산하고 있다. 미세조류를 건조하여 분말 형태로 만든 뒤, 가열 추출한 후 농축시킨다. 이때 침전한 미세조류 유용물질을 메쉬필터에 분리하여 건조하면 원하는 유용 물질을 얻을 수 있게 되는 것이다. 물론 스피룰리나 같은 미세조류는 연구소 내에서 배양도 직접하고 있다. 모든 연구 과정은 긴밀하게 협의하여 진행하고 있는 해양바이오매스 융합 이용 연구그룹 팀원들. 유용균, 이원규 학생연구원이 주로 미세조류 배양과 유용색소 추출을 맡아 하고 있고, 박아름이 기술원은 미세조류에서 추출한 해양 펙틴(Pectin)* 등 다양한 소재를 활용하여 생리활성 분석업무를 진행하고 있다. 이연지 기술원과 정윤식 기술원은 해조류 부산물을 활용하여 추출한 해양펙틴의 세포 효능 탐색 업무를 하고 있다. 원료를 구하는 것부터 최종 제품까지 나오기까지의 모든 연구 과정을 이 팀 내에서 하고 있다고 보면 된다. 해양바이오매스 융합 이용 연구그룹은 최근 미세조류에서 최초로 육상펙틴과 성질이 다른 해양펙틴의 추출과 활용에 대한 기술을 개발하는 데 성공하였다.

사진3: 미세조류를 배양하고 있는 최운용 선임기술원과 이원규 학생연구원

사진4: 정윤식 기술원이 미세조류 세포를 보고 있다.

사진5: 육상 펙틴의 다당체 구조

사진6,7,: (왼)해양(마린)펙틴의 소화관 이동률/ (오)해양(마린)펙틴의 수분함유량

피코시아닌(스피룰리나) 국산화를 위한 연구 개발
해조류 부산물 유래 프리바이오틱스 소재 개발

펙틴은 구멍갈파래 및 스피룰리나* 같은 미세조류에 추출한 유용물질로, 장내 유산균(프로바이오틱)의 증식을 돕는 것으로 알려져 있다. 하지만 친수성이라 장내까지 살아있기가 쉽지 않았다. 하지만 해양 펙틴은 육상 펙틴과 달리 방수 기능이 좋아 장내 문제를 해결할 수 있을 것이라 기대하고 있다. 또한 연구그룹은 이미 미세조류 중 건강기능식품으로 인기가 많은 스피룰리나를 국산화하는 과정에 있기도 하다. 스피룰리나의 유용물질인 피코시아닌(Phycocyanin) 또한 훌륭한 천연 착색첨가제로 알려져 있다. 피코시아닌은 인체에서 활성산소 억제, 항암, 항염증, 항바이러스, 항알레르기, 관절염 개선, 방사선 배출 등의 강력한 항산화 효능이 있는 것으로 알려져 연구 발전이 무궁무진한 재료이다. 이러한 피코시아닌을 국산화한다면 활용도가 높고, 영양소 흡수 또한 높아질 것으로 기대하고 있다. 이러한 연구는 건강 기능성식품이나 화장품의 원료가 될 예정이다. 그 외에도 미세조류를 활용하여 혈청 대체제, 바이러스 백신을 배양하기 위한 배양액 활용 연구도 박차를 가하고 있다.

사진8: 스피룰리나와 스피룰리나 채취 모습, 분말 형태 모습

해양바이오매스 융합 이용 연구그룹은 제주도로 둥지를 옮기기 전엔 바이오에너지연구 를 주로 진행했었다. 하지만 제주도로 자리를 옮기면서 제주의 특성을 이해하고 자원을 활용하는 연구로 방향을 선회했다. 물론 지리적인 특징도 있긴 했지만, 그 이유 때문만은 아니었다.

미세조류는 이산화탄소를 흡수하여 지방으로 축적하면 바이오디젤이 되고, 탄수화물로 축적하면 바이오에탄올을 만들 수 있다. 연구그룹은 미세조류로 만든 바이오디젤로 자동차 연료 시험까지 통과하여 석유품질관리원에서 인증까지 받았다. 그런데 문제는 단가. 경제성을 가지려면 리터당 단가를 낮춰야 했지만, 현재 단계에서는 해결할 수 없었다. 무엇보다 미세조류와 해조류가 가지고 있는 가장 큰 장점은 이산화탄소 저감 능력과 생산성. 다른 식물에 비해 워낙 뛰어난 능력이기 때문에 지속해서 활용하는 사업을 진행해야겠다고 생각해 바이오에너지 부분은 살짝 접어두고 다른 소재를 찾기 시작했다. 최종적으로 연료로 사용할 수 있겠지만 더 다양하면서 고부가가치, 고기능성 물질을 개발할 수 있다는 생각에 현재 연구를 진행하고 있다.

제주에 ‘혼저홉서예’

해양바이오 융합 이용 연구그룹은 KIOST 제주연구소에 터를 잡고 있다. 팀원들도 많게는 10년에서 짧게는 3년 동안 제주살이를 하고 있는 셈이다. 연고 하나 없는 제주에서 생활이 쉬운 것만은 아니었다. 하지만 팀원들은 함께 연구하는 동료로, 기숙사에서는 옆집 이웃으로 시간을 보내며 가족이 되어갔다. 심지어 팀 내에서 탄생한 ‘진짜’ 가족도 있었다. 제주도민인 이연지 기술원과 서울에서 온 유용균 학생연구원은 제주연구소에서 만나 결혼한 5개월 차 신혼부부다. 사내 연애로 결혼까지 한 장단점에 관해 묻자 장난스레 “장점이자 단점이 어디든지 있다.”라고 답했다. 하지만 이내, 서로 학술적인 분야가 다르기 때문에 모르는 부분을 상의하고 서포트 받을 수 있는 점이 장점이라고 말했다. 하지만 무엇보다 외롭지 않은 것이 가장 큰 장점이라고 말하는 두 부부이다. 2019년도 10월경에 제주도에 돌풍이 불었다. 연구소 배양 시설까지 부서졌다. 바쁘게 연구를 진행해야 하는 마당에 시설 복구와 시료 복원도 해야 했다. 정신적으로 힘든 시간이었다. 하지만 팀원 모두가 힘을 합쳐 빠르게 복구해가며 페이스를 되찾아갔다. 아마 함께하는 팀원들이 없었다면 오래 힘들었을지도 몰랐다. 강도형 소장은 팀워크가 가장 중요한 것을 ‘공감’으로 꼽았다. 소장직을 맡으면서 팀 내에서 약간 소외된 느낌이라며 한숨을 쉬지만 든든한 리더이자 아빠 같은 존재로 팀원을 이끄는 강도형 소장. 가족 같은 팀원이니 가족에 빗대어 설명해보면 어떨까 하는 질문에 서로에게 적절한 배역을 주기 위해 팀원들의 입가에 웃음이 피었다.

사진9: 인터뷰하는 박아름이 기술원, 정윤식 기술원, 이원규 학생연구원

사진10: 인터뷰하는 최운용 선임기술원, 유용균 학생연구원, 이연지 기술원

가족이라는 이름으로

해양바이오매스 융합 이용 연구그룹은 헤럴드경제에서 주관하는 ‘2022 대한민국 바이오(메디)·뷰티·헬스 산업대상’에서 ‘해양과학연구 부문 대상’을 수상하였다. 또한, ‘바이오산업의 신규 솔루션을 제공하는 해양미세조류 탄소전환 및 활용 기술 개발’로 2022년 KIOST 10대 우수성과 중 최우수성과로 선정되기도 하였다. 팀원들은 앞으로 더 성숙한 과학자가 되기 위하여 노력하고 있다. 국민을 위해 일하고 있다고 말하며 국민도 가족이라는 마음으로 연구 결과로 보답하기 위해 오늘도 고민한다. 전반적으로 독특한 연구를 하다 보니 팀원들이 고생스러울 거라 말하는 강도형 소장. 팀원들에게 한마디 부탁하자 코로나 전에는 사랑한다는 얘길 많이 못 했다며 사랑한다는 말을 먼저 꺼냈다.

해양바이오산업도 중요하지만, 무엇보다 생태계가 무너지고 사라져버리면 바이오산업도 의미가 없다. 먹이사슬의 기초가 되는 기초생산자들을 안정화하기 위해서는 해양생물을 보존하고 활용할 수 있는 기술을 개발할 필요가 있다. 이러한 이유로 해양바이오산업이 주목받고 있지만 아직 갈 길은 멀었다. 우리에게 알려지지 않은 해양생물과 미세조류도 많을 것이고, 그 가치를 인정받지 못하고 효율성을 입증하지 못한 것도 넘쳐난다. 이러한 것의 과학적 지식을 쌓고 지속가능한 연구를 하는 것이 바로 해양바이오매스 융합 이용 연구그룹의 할 일. 그들이 앞으로 어떤 발견과 개발을 이어 나갈지 기대된다.

* 본 기사는 코로나 방역 수칙을 지켜 안전하게 촬영하였습니다.