October 20,2018

황금에 반응한 박테리아 ‘기대주’…광합성 효율 높아져

UC버클리 연구팀 "황화카드뮴보다 효율 33% 증가"

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인공광합성을 하는 첫 비광합성 박테리아로 주목을 받는 ‘무렐라 서모아세티카(Moorella thermoacetica)’가 금(金)에 반응해 더 많은 이산화탄소(CO₂)를 흡수하고 태양 연료를 생성하는 것으로 나타났다.

M.서모아세티카를 연구해온 버클리 캘리포니아 대학(UC 버클리) 화학과 양페이둥(楊培東) 교수 연구팀은 이 박테리아가 기존의 황화카드뮴(CdS)보다 금 나노 클러스터와 결합했을 때 더 민감하게 반응하며 더 많은 화학물질을 생산하는 것으로 나타났다고 과학저널 ‘네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)’ 최신호에 밝혔다.

이 박테리아는 재생가능한 연료원을 확보하고 지구 온난화를 막을 수 있는 해법의 하나로 주목을 받아왔다.

양 교수 연구팀은 M.서모아세티카가 광합성을 하지 않는 박테리아이지만 세포 외벽에 빛을 흡수할 수 있는 황화카드뮴으로 된 나노입자가 결합하면 햇빛과 CO₂를 유용한 화학물질로 바꾸는 ‘작은 광합성 기계’가 되는 것을 처음으로 밝혀낸 바 있다.

연구팀은 미국국립보건원(NIH)의 지원을 받아 진행한 이번 연구를 통해서는 한 걸음 더 나아가 황화카드뮴보다 금이 M.서모아세티카에게 더 효율적인 촉매가 된다는 점을 밝혀냈다.

황화카드뮴은 광합성을 유도하지만 그 자체가 유독성을 띠기 때문에 나노입자는 박테리아 세포 외벽에 붙어 작용한다. 빛이 황화카드뮴 입자를 자극해 전자로 알려진 하전입자(荷電粒子)를 만들면, 이 전자가 박테리아를 통과하면서 다양한 효소와 상호작용을 하며 CO₂를 태양 연료를 만드는 중요한 화학물질인 아세테이트(CH₃COOH)로 바꾸게 된다. 하지만 황화카드뮴이 세포 외벽에 결합해 있다보니 전자가 CO₂를 아세테이트로 만드는 것과는 관련이 없는 화학물과 상호작용하는 등 광합성 효율이 떨어질 수밖에 없었다.

연구팀은 이에따라 황화카드뮴 대신 금 원자 22개(Au22)로 된 나노클러스터를 활용한 결과, 아세테이트 생산량이 황화카드뮴 때보다 33% 많아진 결과를 얻어냈다. Au22 나노클러스터는 지름이 1nm(나노미터. 10억분의1m에 불과해 박테리아 세포 벽을 쉽게 통과할 수 있다.

양 교수는 “다음에는 비용을 줄이고 박테이라의 생존 기간을 연장하는 한편 광합성 효율을 높일 수 있는 방안을 연구하고 싶다”면서 “금 나노클러스터의 광활성화가 이뤄지는 기본적인 방법을 계속 연구하고 CO₂ 감축에서 전자의 전이 과정을 추적함으로써 더 좋은 해법을 찾을 수 있기를 바란다”고 밝혔다.

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