초중고등학교 미생물 실험서 발간

곰팡이 이야기 50

 

초중고 미생물 실험서 표지

초중고 미생물 실험서가 발간되었습니다. 한국교원대학교 엄안흠 교수님과 초중고 현직 교사로 구성된 그의 실험실 대학원생들이 2021년부터 3년간 심혈을 기울여서 만든 책입니다.

이 책이 학교에 보급되면 학생들은 과학을 이론으로만 공부하는 게 아니라, 실제 미생물을 관찰하고 만지고 우리 생활에 적용하게 됩니다. 입시라는 오직 하나의 목적으로 무작정 외우고, 시험치고, 잊어버리고 마는 상황에서 직접 미생물을 만지고 생활에 적용하는 것은, 과학적 사고를 몸에 베게 하는 것이고 또한 평생 잊혀지지 않을 학창시절의 소중한 추억을 남기는 일입니다. 초중고등학교 과학 수업의 패러다임을 바꿀 만큼 중요한 일로 생각됩니다.

따라서 이를 널리 알리고자 이 과제를 주관한 농촌진흥청이, 실험을 수행하고 책자를 만든 한국교원대학교와, 연구비를 제공한 과학기술정보통신부와 함께 언론에 홍보하였습니다. 연합뉴스, 한국경제, 스포츠조선, 경남일보 등의 꽤나 중요한 매체들이 게재를 해 주었지만 이 책에 대하여 소상한 정보를 제공하기에는 한계가 있었습니다. 

초중고 실험서 발간과 관련된 한국경제 기사

이에 이 과제에 참석한 한 사람으로서 좀 더 자세하게 초중고용 미생물 실험서 발간에 대하여 이야기 해 보고자 합니다. 

왜 이 책을 만들었을까?     

이 책의 서문에는 다음과 같은 내용이 있다. 

초중고 미생물 실험서 서문

첫 번째 문단에, 

미생물은 우리 눈으로 볼 수 없는 작은 생물이지만, 우리 생활 속에서 끊임없이 마주치는 생물입니다. 미생물은 생태계와 환경의 보전, 의약품 생산, 생명공학 연구, 다양한 산업분야 등에서 활발히 활용되고 있으며, 그 중요성이 더욱 높아지고 있습니다. 그럼에도 학교 현장에서는 미생물을 활용한 실험은 학생뿐만 아니라 교사에게도 생소한 분야입니다. 이에 국내 미생물은행이 보관중인 미생물 중, 교육적 가치가 높고, 안전하며, 대표성을 가진 종을 교육용 공시균주로 지정하고, 학교 현장에서 교육용 공시균주를 활용하여 실험을 수행하는데 도움이 되고자 이 실험서를 제작하였습니다.      

 이 책의 파급 효과를 생각하면 책을 쓴 목적을 훨씬 더 거창한 내용으로 화려하게 꾸밀 수도 있을 터이지만,

  '미생물이 사람한테 매우 중요한데도 학교에서는 선생님과 학생 모두가 미생물 실험을 어려워한다. 따라서, 미생물은행에 보관중인 미생물 중에서 교육적 가치가 높은 종을 선발하여 학교현장에서 실험하는데 도움을 주고자 제작하였다' 

고 단순하지만 명료하게 적고 있다.  

평생 미생물을 연구하고 초중고 선생님들을 지도하시면서도 늘 겸손하신 대표 저자 엄안흠 교수님의 품성이 느껴진다. 엄안흠 교수님은 미생물의 양대 산맥, 곰팡이와 세균 중에서 곰팡이를 다루는 학회인 한국균학회의 현직 회장이시다.    

 

누가 이 책을 어떤 과정으로 만들었나?

이 책은 위에서 언급한 바대로 한국교원대학교 생물교육과의 엄안흠 교수님과 그의 대학원생들이 만들었다. 대학원생인 최재욱, 배성진, 박석용, 권주희, 이정민, 박상희, 차재의, 김은주 선생님은 현직 초중고등학교 교사다.

초중고 미생물 실험서 저자, 자문, 감수 등

저자들은 먼저 학교에서 현재 사용되는 초중고 생물 국정교과서들을 분석하였다. 교과서에 나오는 미생물과 관련 내용을 발췌하고, 해당 내용을 습득하는 데 도움을 줄 수 있는 실험방법을 학교 과정과 수준에 맞게 고안하였다. 그리고 이 목표를 달성할 수 있는 미생물 균주를 국립농업과학원 농업미생물은행(KACC)과 한국생명공학연구원 생물자원센터(KCTC)로부터 확보하였다.      

그리고는 확보된 미생물(공시균주)을 이용하여 고안된 실험을 직접 해보면서, 책의 내용을 하나하나 완성해 갔다. 각고의 노력 끝에 실험서 초안을 만들고 이들이 학교 현장에서 실제 적용이 가능한지를 테스트하였다. 실험시설이 갖추어져 있지 않은 일반학교 선생님으로 구성된 실험지원단을 구성하여 실험서 초안과 공시균주를 제공하고 실험을 하여 책의 내용을 보완하였다. 

만들어진 실험서는 다시 미생물과 교육 전문가의 감수를  받았다. 미생물 전공 내용에 대하여 실험 과정이 제대로 기술되었는지, 과학적 사실에 오류는 없는지 등을 미생물 학계 전문가가 감수하였다. 또한 교육적인 측면에서 지도 방법이 효율적인지, 학생들의 안전에는 문제가 없는지  등에 대하여 교육계 전문가로부터 다양한 의견을 들었다.      

결국, 이 책은 현재 교육부의 교과 과정에 포함되어 있는 미생물에 대하여 더 깊이 있는 이해를 위하여, 한국의 미생물은행이 보유한 미생물을 이용하여 한국교원대의 엄안흠 교수님과 대학원생들이 실험서를 만들고, 현장의 선생님들이 실증하고, 미생물 전문가와 교육계 전문가들이 감수한 것이다.

이 책에는 어떤 내용들이 있는가?     

그럼, 이 책에는 어떤 내용들이 있는지 살짝 들여다 보자. 

  

초등학교 미생물 실험서 목차

초중고등학교 각자의 실험서는 크게 기초실험과 본실험으로 나눈다. 

기초실험에는 처음 미생물을 실험하는 학생들을 위한 가장 기본적인 내용을 제공한다. 미생물을 취급하는 기구와 사용법, 미생물을 키우는 데 필요한 배지와 배양법, 그리고 미생물을 관찰하는데 필수적인 현미경 사용법을 제시한다. 이에 더하여 현미경 관찰을 위한 염색법 그리고 미생물학의 기본이라고 할 수 있는 미생물의 이름을 알아내는(진단하는) 동정법을 미생물 기초실험에서 다룬다. 

본실험에서는 초등학교 실험서는 우선 미생물을 눈으로 확인하고 느끼는 것이 중요하므로, 미생물의 생김새를 관찰하는 실험과 미생물을 배양하고 확인하는 실험을 주로 한다. 그리고 초등학생들에게 미생물에 대한 긍정적인 생각을 심어 줄 수 있도록 된장 만들기, 청국장 만들기, 식초만들기 등의 생활속에 미생물을 활용할 수 있는 실험을 추가하였다. 

중학교 미생물 실험서 목차

중고등학교 실험서는 기초실험은 초등학교와 대동소이하지만, 본 실험은 훨씬 심화된 내용으로 구성되었다. 각각은 생장, 대사, 생식, 생태의 4개의 단원으로 구성되는데, 생장에서는 다양한 미생물들이 어디에서 어떤 조건에서 생장하는지를 다룬다. 특히 욕실과 거실의 실리콘에 발생하는 내염성가지포자곰팡이(Cladosporium halotolerance)의 적정 생장 조건과 이를 억제하는 실험은 우리 생활과 밀접하게 연관되어 있어 학생들이 관심을 가지기에 충분하다.     

고등학교 미생물 실험서 목차

대사활동 부분에서는 미생물들이 먹이를 구하기 위하여 분비하는 효소, 다른 생명체와 경쟁하기 위하여 생성하는 항생제와 같은 이차대사물질, 그리고 이들이 인간에 미치는 영향 등을 다룬다. 중학교에서는 세균이 생성하는 물질 분해 효소, 효모가 생성하여 빵을 부풀리게 하는 이산화탄소, 곰팡이가 생성하는 각종 식품에 새콤한 맛을 내는 구연산 생산 등을 실험한다. 고등학교에서는 푸른곰팡이의 항생제 생산, 세균의 젖당분해, 누룩곰팡이에 의한 콩 단백질 분해 등을 실험한다. 이들은 교육적인 측면과 흥미 유발 두 부분을 모두 고려하였다.     

생식 부분에서는 미생물의 자식 만들기에 대하여, 그리고 마지막의 생태 부분에서는 미생물들이 지구 상의 다른 생물들과 어떻게 협력하는지를 보여주면서, 미생물이 지구의 주요 구성원임을 인식하게 한다.  

    

오랜 준비와 기다림 끝에......,

지금까지 이책이 왜, 누가, 어떻게, 어떤 내용으로 만들어졌는지에 대하여 설명하였다. 하지만 실험서 개발은 한국교원대학교 엄안흠 교수님팀이 주도로 한것이고, 엄교수님팀이 자세히 설명해야 할 부분이다. 다만 엄교수님이 원체 겸손하신 분이라 말씀을 잘 하지 않기에 대신하여 알고 있는 한도에서 간략하게 설명하였다.    

그렇다면 과제를 주관한 국립농업과학원 농업미생물은행(KACC)이 한 부분은? 

    

이 책의 직접적인 작업은 ‘농촌진흥청 미생물 중앙은행 육성(주관과제명) - 초중등학교 과학실험용 공시균주 지정 및 학교수업 활용을 위한 교재개발(공동과제명)’ 과제가 시작된 2021년부터이다. 하지만 훨씬 이전부터 이에 대한 계획과 준비가 있었다. 2006년도 일본의 NBRC (일본경제산업성미생물은행) 방문으로 거슬러 올라갈 수 있겠다. 

농업미생물은행(KACC)이 설립(1995)된지 10여년이 지나면서 미생물 자원 선진국을 다니며 미생물자원관리를 배울 때다. NBRC에서 미생물 보존과 관리 방법을 배우면서 우연히 NBRC 카탈로그를 보게 되었는데, 거기에는 일본의 공업규격 JS에서, 식품 약품 공전에서, 그리고 중고등학교에서 공시균주로 사용되는 NBRC 미생물 목록이 실려 있었다.      

* 공시균주: 특정 목적을 달성하고자 사용된, 또는 반드시 사용하도록 지정된 미생물 균주

일본 경제산업성 미생물은행 카탈로그 일부

아! 이거다!

각종 공식 규격시험에 공시균주로 농업미생물은행(KACC) 미생물이 지정되면, 사용자는 규격시험 미생물을 국가로부터 저렴한 가격으로 손쉽게 구할 수 있고, KACC는 두터운 소비자 층을 형성하여 안정되게 운영할 수 있다. 

그때부터 농업미생물은행 보유 미생물을 각종 실험의 공시균주로 지정받았으면 좋겠다는 생각을 했다. 하지만 당시는 아직 햇병아리라 이를 구현할 수가 없었다. 다만 미래를 대비하여 기회가 있을 때마다 하나씩 공시균주를 준비를 하게 되었다.   

고등학교 항생물질 실험의 플레밍푸른곰팡이(KACC 44964, 45966)

얼마 지나지 않아 2008년, 미국의 농업미생물은행(NRRL)을 방문할 기회가 있었다. NRRL은 20세기 과학사에서 최고 발명 중의 하나로 꼽히는 항생제 페니실린을 최초로 상용화한 것으로 유명한 연구소이다. 

NRRL의 곰팡이 큐레이터 Stephen Peterson은 알렉산더 플레밍의 페니실린 발견과, 이어진 하워드 플로리의 페니실린 상용화를 위한 NRRL 방문과, 여기에서 이루어진 페니실린 상용화에 대하여 침을 튀기면서 설명하였다. 그리고 플레밍이 발견하고 플로리가 미국으로 가지고온 균주, 플레밍푸른곰팡이(Penicillium rubens) NRRL 824와, 위스컨신주 페오리아 시장에서 발견되어 실제 페니실린 대량생산에 사용된 위스컨신 균주 NRRL 1951를 직접 보여 주었다. 

페니실린 산업화에 사용되어 인류의 목숨을 연장한 플레밍푸른곰팡이 NRRL 1951. Stephen Peterson이 직접 설명하고 있는 것을 촬영하였다.

인간의 수명을 10년 이상 연장시켜서 20세기 최고의 과학 발명으로 여겨지는 페니실린의 발견과 상용화, 그리고 이와 관련된 미생물 균주는 우리나라 학생들의 교육에도 매우 유용할 것으로 판단되었다. 귀국 후에 절차에 따라 이들 미생물을 도입하고 플레밍이 발견한 균주는 농업미생물은행 KACC 44964로, 실제 산업화된 위스컨신 균주는 KACC 45966으로 보존하였다. 결국 이들은 15여년 후에, 고등학교 실험서의 항생물질 실험에 공시균주로 활용되게 되었다.   

중고등학교 욕실곰팡이의 생장과 억제 실험의 내염성가지포자곰팡이(KACC 47613)   

이 곰팡이는 2013년 당시 중학생 딸의 과학탐구 숙제에 사용되었던 곰팡이다.  욕실의 세면대와 벽을 잇는 실리콘에 곰팡이가 피기 시작하였다. 실리콘은 인공 합성물이라 곰팡이가 자라기 어려울 것으로 생각했는데 곰팡이가 자라기에 오히려 청소를 않고 더 많이 자라기를 기다렸다. 관찰 할 수 있을 정도로 충분히 자랐을 때에 실리콘을 도려내어 현미경으로 관찰하고 결국 해당 곰팡이를 순수 분리하여 이름까지 밝혀 내었었다. 

그 결과를 딸은 방학숙제로 제출했고, 우린 조금의 데이터를 더하여 한국균학회지에 논문으로 발표하였다(홍승범, 김대호. 2014. 세면대 실리콘에 발생한 곰팡이의 동정. 한국균학회지. 42: 69-73.; https://scienceon.kisti.re.kr/commons/util/originalView.do?cn=JAKO201411560020730&dbt=JAKO&koi=KISTI1.1003%2FJNL.JAKO201411560020730). 

실리콘에서 분리된 곰팡이는 다행히 사람에게 큰 해를 끼치는 곰팡이는 아니었기에 딸의 과학탐구에 이용되었듯이 학생들의 수업에 이용되면 좋겠다는 생각을 했었다. 이 때에 실리콘으로부터 분리되어 농업미생물은행에 KACC 47613으로 보존된 내염성가지포자 (Cladosporium halotolerans)가 중고등학교 실험서의 '욕실곰팡이의 생장과 억제 실험'에 공시균주로 사용되게 되었다. 

욕실 실리콘에 서식하는 곰팡이를 분리하기 위하여 곰팡이가 핀 실리콘을 도려내는 딸의 손

초등학교 실험의 된장을 만드는 노란누룩곰팡이(KACC 47843) 

일본에서는 어릴때부터 학교에서 일본의 나라곰팡이(國菌)라고 하는 노란누룩곰팡이(황국균)로 미소를 만드는 체험을 한다는 이야기를 들었다. 그리고 일본 황실도 이 교육에 적극적이란다. 그렇다면 우리도 된장과 청국장을 만드는 것을 어린 학생들에게 가르쳐야 하지 않을까? 해서 이들 미생물 확보에 노력하였는데 야생 메주로부터 분리한 노란누룩곰팡이가 많이 있기는 하지만, 학생들이 먹을 수도 있는 부분이라 안전성을 담보할 수 없었다. 

이에 현재 우리나라에서 산업적으로 이용되는 곰팡이를 종균발효회사의 협조를 받아 학생들에게 공급할 수 있도록 준비하였다. 노란누룩곰팡이 KACC 47843는 실제 우리나라에서 산업적으로 장을 만드는데 사용하고 있는 안전한 곰팡이인데, 초등학교 실험서의 된장만들기의 공시균주로 지정되었다(https://scienceon.kisti.re.kr/commons/util/originalView.do?cn=JAKO201530861234969&dbt=JAKO&koi=KISTI1.1003%2FJNL.JAKO201530861234969).      

노란누룩곰팡이 KACC 47843의 형태적 특징[한국균학회지 43:149-157 (2015)]

그 외에도 메주에서 머리카락처럼 보이는 머리카락곰팡이(KACC 42407, 46094), 그리고 배양 시에 장미꽃처럼 자라 학생들이 곰팡이에 대하여 좋은 인상을 가질 수 있도록 하는 Mortierella (KACC 48550 ) 등 많은 곰팡이들을 이 과제를 수행하기 전부터 준비하고 있었다.    

Mortierella elongataKACC 48550

  

찾아온 기회

농업미생물은행에 보존중인 미생물을 교육용으로 사용했으면 좋겠다는 생각은 늘 하고 있었다. 하지만 이를 실행할 방법과 기회가 없었다. 그러던 차에 좋은 기회가 왔다.      

2019년 일본은 반도체 산업에 필수 소재인 불화수소를 포함한 필수 소재 3가지의 한국 수출을 중단하게 된다. 돈만 내면 언제든지 살 수 있을 것 같았던 소재, 부품, 장비들에 대하여 국가가 늘 준비하지 않으면 낭패를 볼 수도 있다는 교훈을 준 것이다. 이에 정부는 국가의 소재, 부품, 장비의 확보와 관리에 투자를 증가시키게 된다.      

생물 소재 분야에서도 국가는 ‘제3차 국가 생명연구자원 관리, 활용 기본계획’을 조기에 설립하고 국가생명연구자원의 관리를 고도화하였다. 제3차 기본계획의 핵심은 기존까지 소재은행 운영자가 중심이 되어 자원을 확보하고 관리하였다면, 앞으로는 소재 사용자에 맞게 자원의 특성을 분석하고 제공하는 것이었다. 

이를 위하여는 사용자에 꼭 맞는 균주(공시균주)를 설정하고, 사용자가 원하는 특성을 분석한 후에, 사용자가 쉽게 쓸수 있도록 전산화하여 제공하는 것을 포함한다. 미생물 생명자원은 산업 분야도 중요하지만 교육 분야 또한 중요한 분야이다.

초중등학교 과학실험용 공시균주 지정 및 학교수업 활용을 위한 교재개발 과제 수행

 2020년 10월에 농업미생물은행(KACC)은 산업체, 연구소, 대학을 위한 곰팡이 분류 워크숍을 개최하였다. 이때에 마침 한국교원대학교의 대학원생이자 현직 고등학교 선생님이신 최**, 박** 선생님이 워크숍에 참석하였다. 선생님들께 KACC미생물을 활용한 미생물 실험 수업을 문의하였는데 매우 좋은 의견이라며 이런 실험들을 학교 현장에서 하게 되면 많은 선생님들의 호응이 있을거라 이야기 해 주었다.   

   

이에 학교 과학실험용 공시균주 지정과 실험서 개발 사업의 가능성을 확신하게 되었고, 평소부터 곰팡이를 함께 연구하고 있었던 한국교원대학교의 엄안흠 교수님과 이 사업을 협의하였다. 엄 교수님도 이 사업을 매우 반겼고 결국 이듬해에 과제를 시작할 수 있게 되었다. 

다만, 농업미생물은행(KACC)이 초중고 미생물 실험서 발간을 위한 발판을 마련하였다 하더라도, 결국 이 실험서는 한국교원대 엄안흠 교수님과 초중고 선생님들의 각고의 노력의 산물인 것이다.

이제 출발이다.

이 과제의 목표는 초중고 미생물 실험서 발간이 아니고, 초중고등학교에서 미생물을 활용하여 실제 실험하는 것이다. 실험서 발간은 이제 출발일 뿐이다.

학교에서 미생물 실험이 일반화 되기 위하여는 

먼저 농업미생물은행에서는 학교에서 미생물을 쉽게 구할 수 있도록 편리하게 제공하여야 한다. 농업미생물은행(KACC)은 학교실험용 미생물을 무상으로 공급하고 있으며, 교재 개발 하는 과정에서 이미 초중고등학교의 미생물분양이 23년 올해에, 이 과제를 시작하기 전인 20년도 대비 3배 이상 증가하였다.

또한, 초중고 미생물 실험에 적합한 균주를 계속 발굴하여 한국교원대학교와 함께 더 많고 좋은 실험 개발이 필요하다.

미생물 실험의 학교 현장 보급에 가장 중요한 역할은 한국교원대학교와 교육부처이다. 시도교육청과 협의하여 학교의 미생물 실험에 관련된 기구와 장비를 확보하기 위한 예산을 마련하여야 한다. 그리고 이미 많이 진행되고 있지만 과학 선생님들의 미생물 실험 연수도 확대되어야 한다. 무엇보다 중요한 것은 학생들이 이 수업을 즐길 수 있도록 세심한 프로그램도 만들어야 한다.

미생물실험서 홍보 - 아시아균학회(2023. 10., 부산 벡스코)

아무쪼록 이 사업이 성공하여 초중고교 학생들이 딱딱한 이론 수업을 할 것이 아니라, 실제 미생물을 만지고 배양하고 생활에 적용하여, 과학적인 사고체계를 가지고, 또한 미생물에 대하여 잊지 못할 추억을 쌓을 수 있기를 바래본다. 그리고 그렇게 될 수 있도록 최선을 다하겠다는 마음도 다시 한번 다져본다.

* 이 글은 초중고 미생물 실험서 발간과 활용에 대한 기관의 공식적인 견해가 아니라 저자의 개인적인 생각입니다.

2023. 11. 04. 곰박