해마다 대기 중에 약 5억 톤 정도가 방출되는 메탄은 이산화탄소, 오존 등과 더불어 지구온난화를 일으키는 온실가스의 주요 구성 성분으로 알려져 있다.
하지만 메탄가스는 천연가스의 주성분이기도 해 이를 미래의 연료로 활용하려는 노력도 활발하다. 한 예로 지구 환경에 존재하는 메탄가스를 사용 가능한 연료로 전환시킬 수 있는 메탄영양체(methanotrophic) 박테리아는 오랫동안 주요 연구 대상으로서 연구자들을 매료시켜 왔다.
이 박테리아가 어떻게 그런 복잡한 반응을 일으키는지는 그동안 미스터리였으나, 최근 미국 노스웨스턴대 연구진이 그 비밀을 풀어냈다.
이 대학 학제간 연구팀은 메탄-메탄올 변환을 담당하는 효소가 구리 이온 한 개가 포함된 부위에서 이 반응을 촉매한다는 사실을 발견한 것.
이에 따라 큰 노력을 들이지 않고도 강력한 온실가스인 메탄을 손쉽게 사용 가능한 메탄올로 전환시킬 수 있는 인공 촉매를 만들 수 있는 길이 열리게 됐다.
이 연구 결과는 과학 저널 ‘사이언스’(Science) 10일 자에 발표됐다.
메탄영양체 박테리아에 있는 1차 대사효소인 미립자 메탄 일산소첨가효소(pMMO)가 한 개의 구리이온을 가진 사이트에서 메탄-메탄올 변환을 촉매하는 모습을 나타낸 그림. ⓒ Northwestern University
일거양득, 온실가스 줄이고 연료 확보
논문 공동 시니어 저자인 노스웨스턴대 문리대 에이미 로젠쯔바이그(Amy C. Rosenzweig) 생명과학 석좌교수는 “촉매작용을 하는 금속이온의 정체와 구조는 수십 년 동안 베일에 가려져 왔다”고 말하고, “이번 연구로 박테리아가 메탄을 메탄올로 어떻게 전환시키는지를 이해하는 중요한 발판을 마련했다”고 밝혔다.
같은 논문 시니어 저자인 브라이언 호프만(Brian M. Hoffman) 화학과 석좌교수는 “관련된 구리 센터의 유형을 확인함으로써 자연이 수행하는 가장 어려운 반응 가운데 하나를 확인할 수 있는 토대를 마련했다”고 평가했다.
메탄영양체 박테리아는 메탄을 산화해 메탄올로 변환시킴으로써 일거양득의 소득을 올릴 수 있다. 즉, 환경에 해로운 온실가스를 제거할 뿐만 아니라 자동차나 전력 등에 활용할 수 있는, 사용이 쉽고 지속가능한 연료를 생성할 수 있다는 점이다.
메탄은 같은 농도의 이산화탄소에 비해 온실가스 효과가 20배 이상 높은 것으로 알려져 있다. 자연에서는 유기물이 부패해 미생물에 의해 분해되면서 생성되며, 습지나 쓰레기 더미, 소와 양 같은 가축의 소화과정, 화석연료를 태우는 과정에서 발생한다.
“고압과 고온 가하지 않고 박테리아로 해결 가능”
현재의 산업 공정에서 메탄을 메탄올로 변화시키는 촉매작용을 일으키려면 엄청난 압력과 함께 섭씨 1300도 이상에 달하는 극고온이 필요하다. 이에 비해 메탄영양체 박테리아는 상온에서 그런 부가비용을 들이지 않고 반응을 수행하는 이점이 있다.
논문 제1저자로 로젠쯔바이그 교수와 호프만 교수로부터 지도를 받는 매튜 로스(Matthew O. Ross) 연구원은 “구리 사이트가 인공재료에서 메탄-메탄올 변환 촉매작용을 하는 것으로 알려져 있으나, 잔잔한 조건 하의 단일구리(monocopper) 사이트에서 메탄-메탄올 변환 촉매 작용은 전례가 없는 일”이라고 설명했다.
그는 “그런 온순한 조건에서 어떻게 이런 변환이 수행될 수 있는지를 완전히 이해할 수 있다면 인공 촉매를 최적화할 수 있게 될 것”이라고 밝혔다.
(4249)
로그인후 이용 가능합니다.
44억년 전 초기 지구에서 생명체 재료가 되는 탄화수소, 알데히드, 알코올 등 유기 분자들이 철이 풍부한 운석이나 화산재 입자들이 촉진하는 화학반응을 통해 생성된 것으로 보인다는 연구 결과가 나왔다.
국내 연구진이 안정적이고 부작용이 적으면서 수술 후 전이·재발을 막을 새로운 형태의 암 치료 백신 개발 가능성을 열었다. 한국연구재단은 울산대 진준오 교수 연구팀이 암세포에서 얻은 표면 단백질을 항원으로 이용한 지질 나노입자(AiLNP)를 개발하는 데 성공했다고 25일 밝혔다.
복통, 설사, 직장 출혈, 철 결핍 빈혈(iron deficiency anemia) 등 4가지 징후 또는 증상이 50세 이전에 나타나는 조기 발생(early-onset) 대장암의 경고 신호라는 연구 결과가 나왔다.
화학 섬유에서 나오는 미세 플라스틱 오염에 경각심을 갖고 생분해가 가능한 옷을 찾는 착한 소비가 생기고 있지만 생분해를 내세우며 개발된 섬유도 실제 환경에서는 제대로 썩지 못하는 것으로 나타났다.
유인 화성 탐사를 앞두고 이것이 실제 가능한지 관심이 높은 가운데 쥐 머리에 초음파를 쏴 동면 상태를 안전하게 반복 유도할 수 있다는 연구 결과가 나와 주목된다. 미국 세인트루이스 워싱턴대(WUSL) 홍 천 교수팀은 26일 과학저널 '네이처 신진대사'(Nature Metabolism)에서 초음파 펄스를 생쥐와 쥐의 뇌 특정 부위에 쏴 동면 상태를 안전하게 가역적으로 유도하는 데 성공했다고 밝혔다. 연구팀은 이 방법은 머리 위에 초음파 방출기를 장착하는 비침습적 방식으로 초음파를 쏴 뇌의 신경 세포를 일시적으로 활성화해 체온을 낮추고 신진대사를 늦출 수 있다며 향후 의학이나 장거리 우주 비행에 응용될 수 있을 것이라고 말했다.
플라보놀 성분을 함유한 사과와 블랙베리 등을 섭취하는 것이 노인의 '노쇠' 발현 가능성을 낮춘다는 연구 결과가 나왔다. 노쇠(frailty)는 나이가 들면서 신체 기능이 필연적으로 떨어지는 노화(aging)와는 구분되는 것으로, 일상에 지장을 줄 만큼 나이에 비해 신체기능이 심각하게 약해져 낙상과 골절 등을 초래할 위험이 높고 장애와 사망으로 이어질 수 있다. 미국 하버드의대 계열 임상 연구소인 '힌다·아서 마커스 노화연구소' 등에 따르면 플라보노이드의 하위그룹인 '플라보놀' 섭취와 노쇠의 연관성을 분석한 연구 결과를 '미국 임상영양학 저널'(American Journal of Clinical Nutrition)에 발표했다.
북극해 식물플랑크톤이 유엔 '기후변화에 관한 정부 간 협의체'(IPCC)의 예상치보다 최대 3배 감소할 것이라는 연구 결과가 나왔다고 극지연구소가 24일 밝혔다. 포항공과대학교 국종성 교수 연구팀, 극지연구소 양은진 박사, 미국 스크립스 해양연구소 임형규 박사 등으로 구성된 국제공동연구팀은 쇄빙연구선 아라온호 탐사를 포함한 다양한 북극해 현장 탐사에서 획득한 데이터를 활용해 북극해 식물플랑크톤의 농도 예측기법을 개발했다. 이를 적용한 결과 이산화탄소 배출 시나리오에 따라 차이는 있었지만, 2100년 식물플랑크톤의 농도는 기존 IPCC 5차, 6차 보고서의 예측과 비교할 때 감소 폭이 최대 3배로 늘었다.