한국형 대표 미생물
“희망이란
본래 있다고도 할 수 없고 없다고도 할 수 없다.
그것은 마치 땅 위의 길과 같은 것이다.
본래 땅 위에는 길이 없었다.
걸어가는 사람이 많아지면
그것이 곧 길이 되는 것이다.”
- 노신(魯迅)의 《고향》 중에서 -
“본래 세상에는 대표 미생물이 없었다.
사용하는 사람이 많아지면
그것이 곧 대표 미생물이 되는 것이다.”
지난주에 국립농업과학원, 한국화학융합시험연구원, 과기정통부가 함께 ‘한국산업표준 시험용 미생물 우리 미생물로 대체된다’라는 보도자료를 내었고 일부 신문(https://www.nongmin.com/article/20240114500034)에 소개되었다. 이에 대한 설명과 이 연구를 수행하는 과제인 “수요자 맞춤형 산업·교육용 미생물의 한국형 대표균주 지정과 제공”에 대하여 소개하고자 한다.
한국형 대표균주란?
대표균주는 과학적으로 정확히 규정된 용어는 아니다. 과학적으로 명확하게 규정된 용어 중에 관련된 용어로는 표준균주(type strain)가 있다.
표준균주란 어떤 과학자가 미생물 종을 발견하여 이를 자세히 기술하고 이름을 붙인 해당 종에서 처음으로 발견된 균주이다. 따라서 미지의 미생물 균주에 대하여 이름을 밝힐 때에(동정 시에) 표준균주는 그 기준이 된다.
분류학적인 표준균주가 연구나 산업에서 그 종에서 가장 유용하게 사용되는 것은 아니다. 비록 표준균주가 그 종에서 처음 발견되었더라도 후에 얼마든지 더 유용한 균주가 나타날 수가 있다.
그러면 이후에 발견되어 실험이나 산업에 주로 사용되는 균주를 우리는 대표균주, 참조균주, 대조균주, 공시균주 등으로 혼재하여 부른다. 영어로는 reference strain (참조균주)이라는 말을 가장 흔하게 쓰고 control strain (대조균주), standard culture (표준배양균주), quality control strain (품질검정 균주) 등을 사용한다.
따라서 한국형 대표균주란 그 종에서 세계적으로 처음 발견된 표준균주는 아니지만 한국에서 분리되어 한국인의 연구나 산업에 널리 사용되는 균주를 말한다.
왜 대표균주가 필요한가?
표준균주나 대표균주는 노신(魯迅)의 고향이라는 책에서 묘사된 길과 같은 것이다. “본래 땅 위에는 길이 없었다. 걸어가는 사람이 많아지면 그것이 곧 길이 되는 것이다.”
부산에서 서울로 가는 길을 생각해보자. 처음에는 길이 없었을 것이다. 이때는 부산에서 서울을 가려면 이리저리 헤매며 수십일, 수백일이 소요되었을 것이다. 점차 사람들이 늘어나면서 도시가 생기고 도시를 연결하는 길들이 자연스럽게 형성되었을 것이다.
이에 따라 김천을 거쳐서 추풍령을 넘어가는 길, 문경을 거쳐서 조령을 넘어가는 길, 영주를 거쳐서 죽령을 넘어가는 길 들이 생겨났을 것이다. 조선시대에는 추풍령길, 조령길, 죽령길이 서울에서 부산을 잇는 대표 길이었을 것이다.
근대화가 되면서 부산과 서울을 잇는 철도선인 경부선이 생기고, 이어 경부고속도로가 놓여지고, 다시 경부고속철도가 생겼다. 그래서 지금은 경부선, 경부고속도로, 경부고속철도가 부산과 서울 간에 대표 길이다.
“본래 세상에는 대표 미생물이 없었다. 사용하는 사람이 많아지면 그것이 곧 대표 미생물이 되는 것이다.”
내 몸속에만도 수십조 개의 미생물이 있다. 지구상의 미생물의 수는 상상도 하지 못할 만큼 많다. 우리는 필요에 따라 이들에 대하여 이름을 붙이고 다양한 용도로 사용한다.
어떻게 미생물 이름을 붙이나?
먼저 미생물을 세균, 곰팡이, 원생생물로 나누었다. 그다음에 곰팡이는 병꼴균, 접합균, 자낭균, 담자균으로 나누었다. 여기서 먼저 언급한 세균, 곰팡이, 원생생물은 계(界, kingdom) 수준에서, 병꼴균, 접합균, 자낭균, 담자균은 문(門, phylum) 수준에서 나눈 것이다. 이렇게 계, 문에 이어 문, 강, 목, 과, 속을 지나면 최종적으로 가장 기본 수준인 종(種, species)에 이른다. 그리고 미생물 개체의 이름은 이 종에 부여한다. 이 종에 이름을 부여할 때에 사용되는 개체가 표준균주(type strain)이다.
이러한 표준균주의 중요성 때문에 초기의 미생물은행들은 이름에 표준이라는 단어를 사용하였다. 그 대표적인 미생물은행이 미국의 ATCC (American Type Culture Collection), 영국의 NCTC (National Collection of Type Cultures), 한국의 KCTC (Korean Collection for Type Cultures) 등이다.
위에서 언급하였듯이 표준균주(type strain)는 미생물을 동정할 때에 사용하는 분류학상의 대표균주로써 한 종에는 오직 하나의 균주가 존재한다. 표준균주가 없는 종들도 많다. 특히 20세기 중반 이전에는 표준균주에 대한 개념이 희박하여 표주균주가 설정되지 않은 경우가 많고 설정된 것도 실물이 잘 보존되지 못했다.
하지만 한 종에는 하나의 균주(개체)만 존재하는 것이 아니다. 종(種, species)은 많은 미생물의 무리이다. 예를 들어, 우리나라 주식인 쌀을 생산하는 벼에 병을 일으키는 도열병균(Pyricularia oryzae)이라는 곰팡이 종이 있다. 도열병균은 벼에 발생하여 쌀 수확에 큰 장해를 주기에 인류에 끼치는 영향력이 지대하다.
따라서 도열병균에 대하여 연구하고 도열병균을 방제하여야 주식인 쌀을 안정적으로 생산할 수 있다. 그렇다면 도열병 곰팡이를 연구할 때에 어떤 균주를 사용해야 하나?
먼저 표준균주를 생각할 수 있겠다. 도열병균은 1891년 Cavara에 의하여 처음 기술되었다. 불행히도 이 때는 표준 균주라는 개념도 없었고 곰팡이를 보관할 미생물은행도 존재하지 않았다. 따라서 도열병균의 표준균주는 지정도 보관도 되어 있지 않다.
그렇다면 서울에서 연구하는 사람은 서울 인근의 논에 가서 도열병균을 채집할 것이고, 부산의 연구자는 부산 인근에서, 대전의 연구자는 대전 인근의 논에서 도열병균을 채집하여 연구를 할 것이다. 그리고 시간이 흘러, 다시 서울, 대전, 부산에서 도열병균을 연구하는 사람들은 다시 또 논에 나가 도열병균을 채집하고 연구를 할 것이다.
그렇다면 이들이 연구한 도열병균 균주(개체)들은 서로 같은 특징을 가지고 있을까? 그렇지 않을 것이다. 같은 종의 도열병균이라도 균주(개체)들은 지역에 따라 시대에 따라 서로 다른 특징을 가지고 있을 것이다. 따라서 서울에서 연구한 결과는 부산에 발생한 도열병균에 적용되지 않을 수 있고, 60년대에 분리한 균주의 특성은 90년대에 분리한 균주에 적용되지 않을 수 있다.
따라서 우리나라 어느 지역 어느 시기에 연구하드라도 같은 특성을 유지하여 일정한 결과를 낼 수 있는 대표균주가 필요하다.
한국형 대표균주를 어떻게 선발할까요?
이는 농업, 식품, 공업 등의 사용처에 따라 매우 다양하다. 모두 설명하기는 어렵고 앞에서 벼의 도열병에 대하여 예를 들었으니 식물병원균 관점에서 도열병균으로 계속 설명하고자 한다.
우리나라에 재배되는 벼는 한 품종이 아니라 여러 품종이다. 이 품종들은 도열병 곰팡이에 대하여 반응성이 다르다. 같은 곰팡이에 대하여 어떤 품종은 병이 안 걸리고(저항성), 어떤 품종은 병이 걸릴 수(감수성) 있다. 거꾸로 도열병균은 같은 벼에서도 어떤 품종에는 병을 낼수가 있고 어떤 품종에는 병을 내지를 못한다.
이 경우에 한국형 대표 도열병 균주를 선발하려면 우선 우리나라에 분포한 도열병균을 널리 수집하여야 한다. 그리고 이들로 다양한 벼 품종에 병을 내어 보고 저항성인지 감수성인지, 감수성이면 병을 얼마나 심하게 내는지를 조사해야한다.
그리고 여기에 그치지 않고, 이 도열병균이 다양한 농약에 대하여 잘 죽는지(감수성), 아니면 농약에 대하여 반응하지 않는지(저항성) 등을 종합적으로 조사한다. 이런 과정들을 거쳐서 한국에 존재하는 도열병균 중에서 여러 가지 특징을 대변하는 곰팡이를 선발하게 된다. 따라서 대표곰팡이라고 해서 종을 대표하는 하나의 균주만을 선발하는 것이 아니라, 여러 가지 특성을 대변할 수 있는 다수를 선발하는 것이다.
선발할 때에 다양한 특성을 모두 검정할 수는 없다. 주어진 특성을 평가하여 해당 특성을 대변하는 균주가 선발되면 이는 미생물은행에 기탁된다. 미생물은행에서는 이들을 보관하면서 필요한 사람들에게 우선적으로 이 균주를 제공한다.
그러면 이 균주를 분양받아 실험한 연구자들에 의하여 추가의 곰팡이 특성이 분석되고, 그 데이터는 다시 미생물은행에 쌓이고, 다음 연구자들은 더 축적된 정보를 가지고 이 균주를 연구할 수 있다. 이런 절차를 거치면서 이 곰팡이는 많은 특성이 밝혀지고 우리나라 연구에 대표적으로 활용되는 진정한 대표균주가 되는 것이다.
마치 본래 땅 위에는 길이 없었지만 걸어가는 사람이 많아지면 그것이 곧 길이 되는 것과 같은 이치다. 그리고 이 길은 문명의 발달과 직결된다.
“미생물의 한국형 대표균주 지정과 활용” 과제의 시작
2019년 한국은 일본의 불화수소 등의 산업소재 수출 규제에 의하여 일본과 무역마찰을 겪게 된다. 이에 한국은 소재, 부품, 장비 확보의 중요성을 인식하고 과학계에서 이 분야에 투자를 확대한다.
생물자원 분야도 강화를 위하여 조기에 제3차 국가생명연구자원 관리활용 기본계획(‘20-’25)을 만들어졌다. 3차 기본계획의 핵심은 기존의 소규모의 생명자원 은행을 소재별로 규모화, 체계화하고, 기존의 생물자원 확보의 양적성장에서 이제 자원을 더 모으는 것보다는 보유한 자원의 특성을 평가하여 고품질 소재를 확보하는 질적성장으로 기조를 바꾼 것이다.
이러한 기조에 따라 한국에서 농업과 식품 미생물을 관리하는 농업미생물은행(KACC)은 수요자 눈높이에 맞도록 KACC에서 보유한 미생물에 대하여 특성을 평가를 강화하고 이를 DB화하여 제공하고자 하였다. 이에 ‘수요자 맞춤형 산업, 교육용 미생물의 한국형 대표균주 지정과 활용’ 과제를 수행하게 되었다(2021).
이 과제는 농업, 식품, 공업, 교육의 4분야로 구성이 되었다. 먼저 농업분야는 경제적 중요성이 큰 작물병원성 미생물을 선택하였다. 벼, 보리, 고추, 사과, 인삼 등의 주요 작물에서 큰 경제적 피해를 일으키는 곰팡이 종을 선발하고 KACC가 보유한 균주, 그리고 현장에서 활용되고 있는 균주를 모아서 작물에 대한 병원성을 검정하고 병원력이 높은 균주를 위주로 대표 균주를 선발하였다. 그리고 농업미생물은행(KACC)에 해당 균주와 특성정보를 기탁하였다. 이에 KACC는 균주를 보존하고 특성정보는 DB화하여 인터넷을 통하여 제공한다. 물론 이를 원하는 수요자에게 대표균주를 제공한다(현재 특성 DB를 구축중에 있으며 이 결과는 4월의 2024 한국식물병리학회 춘계학술대회에서 하나의 쎄션을 구성하여 자세히 발표하기로 하였다).
식품 분야는 김치 유산균을 대상으로 하였다. 세계김치연구소에서 확보하고 있는 유산균에 대하여 장건강을 위한 프로바이오틱스 특성, 그리고 제과, 제빵 등의 식품 가공 특성을 대변하는 대표균주를 설정하고 역시 농업미생물은행에서 수요자에게 균주와 관련 정보를 제공하고 있다. 김치 유산균은 이를 홍보하는 리플렛을 만들었는데 필요한 분에게 제공할 수 있다.
교육분야에서는 초중고등학교 과학실험용 공시균주 지정 및 학교 수업 활용을 위한 교재개발을 수행하였는데 이는 이미 홍보하였고, 곰팡이 이야기에서도 다룬 적이 있다(https://brunch.co.kr/@seungbeomhong/57).
그리고 이 과제의 마지막 부분이 공업공전 규격시험 미생물의 한국형 공시균주 지정 활용인데 이번에 그 결과를 홍보하였다. 먼저 농촌진흥청, 한국화학융합시험연구원, 과학기술정보통신부가 공동으로 작성한 보도자료를 통하여 내용을 소개한다.
한국산업표준 시험용 미생물, ‘우리 미생물’로 대체된다
- 농촌진흥청-한국화학융합시험연구원, 국내 미생물로 대체할 수 있는 10개 표준 선정
- 미생물 자원 자급력 강화 계기 마련… 활용 확대 기대
한국산업표준 시험에 사용되는 해외 미생물을 국내 미생물로 대체할 수 있게 됐다. 농촌진흥청(청장 조재호)은 한국화학융합시험연구원(원장 김현철)과 함께 미생물을 사용하는 한국산업표준 시험 중 국내 미생물로 대체할 수 있는 10개 표준을 선정하고 그에 맞는 미생물을 선발했다.
한국산업표준*은 우리나라 산업 전 분야의 제품과 시험‧제작 방법, 관련된 기준을 제시해 소비자가 신뢰하고 제품을 구매할 수 있도록 하는 제도다. 현재 2만여 건 이상의 국가 표준을 보유하고 있다.
* 한국산업표준(KS, Korean Industrial Standard): 산업표준화법에 따라 산업표준심의회 심의를 거쳐 국가기술표준원장이 고시함으로써 확정되는 국가 표준
한국산업표준 시험 중 미생물을 사용하는 표준은 총 29건이다. 지금까지는 주로 미국, 독일, 일본의 미생물은행에 보존된 미생물을 수입해 사용하다 보니 복잡한 통관 절차, 긴 배송 기간, 높은 비용 등의 어려움이 있었다.
이에 농촌진흥청 농업미생물은행*과 한국화학융합시험연구원은 해외 미생물을 사용하는 한국산업표준 시험 중 국내 미생물로 대체할 수 있는 10개 표준을 선정했다. 아울러 농업미생물은행, 국가병원체자원은행, 생물자원센터 등 국내 3개 미생물은행이 보유한 미생물 중 한국산업표준 시험에 사용되는 기존 미생물과 분류학적 유사성과 산업표준 기능을 비교해 30개 미생물을 선발했다.
*농업미생물은행(KACC, Korean Agricultural Culture Collection): 1995년 농촌진흥청 국립농업과학원에 설립돼 농업, 식품 등의 그린바이오 미생물을 수집‧분류‧보존하고 이를 농산업계, 대학, 연구소 등에 공급함.
이렇게 선발된 30개 미생물은 시험에 사용되던 해외 미생물과 같거나 그 이상의 특성을 갖는다. 국내 미생물로 대체된 한국산업표준 수정안은 분야별 전문위원회 검토와 이해 관계인 의견 수렴 과정을 거쳐 기술심의회‧표준회의 심의 후 국가기술표준원에 의해 최종 표준 확정된다.
국내 미생물로 대체할 수 있는 표준 10개 중 ‘플라스틱 및 기타 비다공성 표면에서 항균 활성 측정(KS M ISO 22196) 표준’에 사용되는 대장균과 황색포도상구균이 각각 농업미생물은행의 ‘KACC 16628’과 국가병원체자원은행의 ‘NCCP 12311’로 변경돼 심의를 거친 후 지난해 12월 17일 확정 고시됐다. 나머지 9개 표준도 순차적으로 고시 확정될 예정이다.
한국화학융합시험연구원 의료바이오연구소 조진식 바이오센터장은 “한국산업표준 시험용 미생물이 국내 미생물로 대체되면서 다양한 분야의 수요자들도 한국산업표준 공식 시험에 사용되는 미생물 자원을 쉽게 구할 수 있게 됐다.”라고 말했다.
농촌진흥청 농업미생물과 김남정 과장은 “이번 성과가 미생물 자원의 자급력을 강화하는 계기가 될 것으로 기대된다.”라며, “앞으로도 바이오소재의 이용 가치를 높이고자 하는 제3차 국가생명연구자원 관리‧활용 기본계획에 맞춰 수요자 맞춤형 미생물 보급과 활용에 힘을 쏟겠다.”라고 말했다.
보도자료에 대부분의 내용이 잘 반영되어 있지만 조금만 더 설명하면, 한국산업표준(KS)은 우리나라 산업의 제품과 시험, 제작 방법과 관련된 기준이다. 전체는 약 23000 표준인데 이 중에서 미생물이 포함되는 표준은 29건이다. 이들 대부분은 우리나라 미생물 연구가 발전되지 않은 20세기 중후반에 제정되어 시험용 공시균주로 우리나라 균주가 채택되지 못하고 미국, 독일, 일본 등의 선진국 미생물은행 보유균주로 채택되었다.
하지만 21세기로 진입하면서 우리나라도 미생물 연구의 선진국이 되었고 우리나라에서 유래한 동등한 미생물을 우리나라 미생물은행이 보유하게 되었다. 하지만 제도라는 것이 관성이 있어, 한번 만들어 진 것은 잘 바꾸지 않게 되는데, 제3차 국가생명연구자원 관리활용 기본계획이 만들어지면서 수요자 친화적 미생물 공급 계획에 따라 재정비를 하게 되었다.
미생물이 포함된 29개 표준에 대하여 우선 10개 표준에 대하여 기존의 국외 균주를 대체할 국내 미생물을 농업미생물은행(KACC), 생물자원센터(KCTC), 국가병원체자원은행(NCCP)에서 선발하였고 이들에 대하여 분류학적 특성과 해당 표준에 맞는 성능을 검정하였다.
이를 통과한 한국형 공시균주는 이후에 다양한 표준 개정 절차를 거쳐서 확정되게 되는데, KS M ISO 22196, 플라스틱 및 기타 비다공성 표면에서 항균활성 측정 표준이, 첫 번째로 복잡한 절차를 거쳐 최종 확정되어 국가기술표준원에 의하여 고시되었기에 홍보하게 되었다.
에필로그
글을 써 놓고 보니 용두사미가 되었다. 한국형 대표 미생물로 크게 시작하였으나 도입부만 그렇고 후반은 한국산업표준의 공시 미생물로 줄어든 느낌이다.
차라리 이번은 한국산업표준 공시균주로 한정하였으면 하는 생각도 든다. 하지만 그래도 나름 공들여 썼으니 부족하지만 이대로 게재하고자 한다. 한국산업표준 공시미생물은 이번 프로젝트가 완전히 끝날 때에 이 주제만 가지고 한번 더 정리하도록 하겠다.
한국형 대표 미생물 역시 많이 부족한 느낌이다. 길에 대한 비유도 매끄럽지 못한 부분이 있고, 예를 든 도열병 역시 전문가가 아니어서 부족한 부분이 있다. 그리고 할 이야기도 훨씬 더 많은데, 시간 제약상 충분히 풀지 못했다. 일요일 오후가 되면 쓰던 글을 정리하고 다음 주를 슬슬 준비해야 하는 공무원의 비애 중의 하나다.
이 글을 다음을 기약하고 서랍에 넣어 둘까도 고민했는데 그러다가는 영영 빛도 보지 못할 것 같아 우선 부족하나마 공유하고 다음을 기약하고자 한다. 바쁜 공무원에 대한 독자의 깊은 이해를 바라며, 후에 이 두 분야 모두 더 시간을 갖고 정리하여 다시 올리겠다는 다짐을 한다.
2024. 1. 28. 일요일 오후에
