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  [] 우주에서 사용되는 미생물. 새로운 행성을 개척하는데 도움을 주는 유전적으로 조작된 미생물. 우주 또는 화성에서 의약품과 영양성분을 생산하고 주거지를 만들기 위한 건축 소재를 생산하는 미생물에 대한 연구  게시글을 twitter로 보내기 게시글을 facebook으로 보내기 게시글을 카카오스토리로 보내기
write date : 2018-06-12 09:46:50   

인간이 생명체를 찾아 우주로 퍼져나가게 되면 우리가 만나게 될 외계 생명체의 대부분은 우리가 가져온 미생물일 것이다. 나사의 연구진들은 생물공학에 의해 조작된 미생물은 외계 행성에서 인간의 삶을 지탱하는 데 필요한 많은 기능들을 수행할 수 있다. 인간은 수천 년 동안 미생물을 유용하게 활용해왔다. 인간은 미생물을 이용하여 빵과 맥주, 치즈를 만들어 왔고 최근에는 미생물을 이용하여 의약품을 생산하고 비료를 만들며 바이오연료를 생산했다.

그러나 합성생물학이라는 새로운 분야는 미생물의 활용분야를 크게 확산시킨다. 유전자 편집 기술을 통해 과학자들은 미생물 유전자를 재조직하여 자연에서는 발견되지 않는 화학물질을 생산하고, 바이오센서의 역할을 하도록 하며 심지어 컴퓨터 연산 기능을 수행하도록 한다.

이러한 다양한 기능은 나사의 주목을 끌게 되었다. 특히 화성 탐사에 이용할 수 있는 가능성을 보게 된 것이다. 우주 탐사에서 가장 중요한 문제의 하나는 우주에서 인간의 생활을 지원하는데 필요한 물질들을 운송하는 비용이다. 그리고 화성은 지구에서 새로운 보급을 하려면 몇 달이 소요된다. 의약품이나 식품은 시간이 지나면 쓸 수 없게 되고 그래서 우주에 가져가더라도 오래 보관하지 못한다.

나사가 미생물을 이용하여 우주에서 중요한 영양소와 물질을 생산할 수 있는 가능성을 조사하게 된 이유가 바로 이것이다. 나사는 유전적으로 조작되어 특정한 영양 성분을 생산할 수 있는 미생물이 들어 있어 물만 넣으면 되는 팩을 이용하여 음식물을 공급하고자 한다. 나사는 이미 유전적으로 조작되어 눈 건강에 필수적 요소인 제아잔틴(Zeaxanthin)을 생산할 수 있는 이스트를 개발하여 이러한 개념을 선보였다.

건축 자재를 만들기 위해 물리적 화학적 방법을 이용하여 화성 대기에 풍부한 이산화탄소를 단순한 유기 분자로 변환시킨다. 유전적으로 조작된 미생물은 유기분자를 이용하여 플라스틱과 섬유, 그리고 기타 유형의 소재를 생산하고 3D 프린터를 이용해 거주지와 도구, 필요한 부품을 제작한다.

우주 산업에 미생물을 이용하려는 시도는 나사만이 아니다. 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스의 연구진들은 화성 토양을 식물에 적합하도록 만드는 미생물을 설계하고 있다. 2008년 나사의 피닉스 착륙선은 화성의 토양에서 생명체에 독성이 될 수 있는 과염소산염(perchlorate)를 발견했다. 이 물질의 발견은 화성에서 농사를 지으려는 희망을 어렵게 만들었다. 그러나 버클리 연구팀은 토양에서 과염소산염을 줄이고 동시에 식물이 생장하는데 필요한 암모니아를 풍부하게 하는 미생물을 설계하고 있다.

MIT 연구진들은 우주 분야에만 초점을 두지 않고 주문형 의약품을 생산할 수 있는 합성생물학 시스템을 개발했다. 연구진은 전체 유기체를 이용하지 않고 냉동 건조된 DNA 일부와 생체분자 펠릿을 다시 수화하여 의약품을 생산하게 하는 방법을 이용했다. 그들이 만든 포터블 시스템은 기존의 방식보다 훨씬 적은 비용으로 다양한 질병을 치료할 수 있는 디자이너 항체를 만들 수 있으며 펠릿은 상온에서 운반할 수 있고 이를 사용하는데 전문 지식이 필요하지 않다. 이 프로젝트는 이미 진행 중이며 또 다른 연구진들은 더 나아간 방법을 연구하고 있다.

2015년에 나사와 버클리 대학교의 연구진들은 영국 왕립학회지(Royal Society Interface)에 실린 논문에서 우주에서 인간을 지원할 수 있는 미생물에 대한 가능성을 제시했다. 이러한 가능성을 열기 위한 프로젝트에는 건축 자재, 의약품, 영양소를 생산하기 위한 프로젝트 외에도 유전적으로 조작된 미생물을 이용하여 암석에서 귀중한 요소를 추출할 수 있는 산을 생산하거나 생물학적 접착제를 만들어 화성의 먼지를 벽돌로 만드는 프로젝트도 있다.

연구진들은 미생물을 이용하여 모든 폐기물을 재활용하여 유용한 부산물을 만들어내는 폐쇄형 시스템을 구상하고 있다. 유전적으로 조작된 미생물 연료전지는 폐수에서 질소와 인과 같은 유용한 화학물질을 생산하며 동시에 전기를 생산할 수 있다. 고체 폐기물을 퇴비로 만드는 박테리아는 로켓의 연료로 사용될 수 있는 아산화질소를 만드는데 사용된다. 우리가 주거지의 벽을 유전적으로 조작된 미생물로 덮게 되면 이산화탄소를 산소로 재활용하는 동시에 방사선을 막아주는 보호층으로도 이용할 수 있다.

나아가 이러한 합성 유기체를 우주선과 주거지의 제어 시스템과 연결하도록 설계하여 고 수준의 방사선을 감지하고 대응하며 다른 합성 유기체의 공정을 제어할 수 있는 바이오센서와 바이오 컨트롤러로 사용할 수 있다. 이 모든 것들은 아직은 창의적인 생각에 불과하다. 이론적으로는 가능한 것으로 보이지만 이러한 아이디어들이 빛을 보기 위해서는 아직 많은 문제들이 남아 있다. 아직 지구에서도 이렇게 하지 못하고 있으며 우주와 인간이 살 수 없는 가혹한 행성 환경에서 이를 실현시키는 것은 더욱 어려운 일이다.

지구에서 가혹한 환경인 심해의 열수구나 극지방의 얼음 밑과 같은 가장 극한 환경에서 서식하는 미생물은 합성생물학자들이 더욱 강력한 유기체를 만드는 데 참고가 될 수 있다. 그러나 이러한 특성을 원하는 화학물질을 생산하거나 유용한 작업을 수행하도록 하는 능력과 결합하는 일은 결코 간단하지 않다. 그리고 우리가 알고 있는 모든 유기체들은 지구 중력에 적응되어 있다. 우주로 보내진 미생물 실험에서 대부분의 유기체들은 비필수적 시스템을 차단하는 데미지 컨트롤 모드로 들어가 버린다. 우주에서의 실험에 들어가는 막대한 비용 때문에 다양한 중력이 미생물에 미치는 영향을 연구하는 것도 쉽지 않다.

그러나 크리스퍼와 같은 새로운 기술과 합성 생명체를 만들어내는 기술은 이 분야를 빠르게 발전시키고 있으며 이러한 문제들은 조만간 해결될 것이다. 이러한 기술 발전들은 초기의 우주비행사들과 나중에 화성에 체류하게 될 우주인들에게 도움이 될 것으로 예상된다. 이러한 모든 해결책들이 하룻밤에 나오지는 않겠지만 우주여행 문제를 해결하고자 하는 합성생물학의 연구들은 개인화된 의약품 개발이나 대기 중 이산화탄소 흡수, 폐기물 제로를 가능하게 하는 기술 등 지구에서도 엄청난 영향을 주게 된다.

 

 

 

Image Credit: NASA/JPL-Caltech

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