바이오인

[목  차]

1. 서론

2. 본론 

 2.1. 미생물-전극 하이브리드 시스템 연구의 역사 

 2.2. 미생물-전극 하이브리드 시스템의 형성 및 메커니즘 

 2.3. 미생물-전극 하이브리드 시스템 응용 연구 

   2.3.1. 미생물 연료 전지 

   2.3.2. Microbial electro-synthesis 

   2.3.3. Electro-fermentation

3. 결론

4. 참고문헌

1. 서론

미생물의 사전적 정의는 직경 0.1 mm 이하의 인간의 육안으로 관찰할 수 없는 생명체를 의미하며 세균(bacteria), 진균(fungi), 바이러스(virus), 원생동물(protozoa), 조류(algae) 등을 포함한다.약 35억 년 전 생명의 기원에서부터 존재하였고, 거의 지구 역사의 절반에 해당하는 기간 동안 유일한 생명체였다. 지금까지 정확히 동정이 된 미생물의 수는 10만여 종이지만, 그 수는 전체 미생물의1%도 되지 않는다고 알려져 있다. 지표면에 분포하고 있는 세균(bacteria)과 고세균(archaea)의 수는대략 1.2 x 1030 cell이며, 토양(3 x 1029 cell), 지하(3 x 1029 cell), 심해저(4 x 1029 cell), 해저면(5 x1028 cell), 해양(1 x 1029 cell), 담수(5 x 1027 cell) 대기(5 x 1022 cell) 등 생명체가 존재하는 대부분의 공간에 생존하고 있다 [1]. 이러한 생존 환경의 다양성 덕분에 세균과 고세균은 각각의 생존 환경에 따라 생리학적 다양성을 가지고 있고, 이는 생명공학적으로 여러 분야에 활용 가능성이 제시되고있다.

인류 전체의 역사에 있어 미생물을 생활에 활용하기 시작한 것은 6천 년 혹은 그 이전부터먹고 남은 식품을 저장하거나 요리하기 위해 미생물 발효를 이용한 이후부터 였을 것이라고 추측된다. 물론 미생물을 처음 발견한 시점은 그보다 훨씬 이후인 1632년으로 안토니 반 레벤후크가 현미경으로 관찰한 수중 미생물을 보고하면서부터 세상에 알려졌지만, 오랜 시간 동안 인류의 생활에 중요한 역할을 해왔던 것은 사실이다. 현대로 오면서 많은 미생물학자들의 연구에 의해 미생물이 지구에 널리 분포되어 있으며, 인간의 대사 작용부터 지구 전체의 생물화학적 순환까지 많은 역할을 한다는 것이 알려졌고 이를 활용하기 위한 연구들이 많이 수행되고 있다. 다양한 분야의 생명공학에서미생물은 활용되고 있으며, 특히 “white biotechnology”라 불리는 산업 생물학에서 다양한 화학물질을 생산하기 위한 생촉매로써 활용되고 있다. 다른 생물촉매인 효소나 stem cell 등에 비해 미생물은자가 복제가 가능하며, 세포의 세대 시간(doubling time)이 매우 짧은 장점을 갖고 있다. 뿐만 아니라, 최근 합성 생물학 기법의 발전으로 인해 지구상에 존재하는 다양한 미생물 및 그들의 대사 경로를 활용하는 것이 가능하게 됨으로써 여러 분야의 미생물의 산업적 활용이 시도되고 있다.

생물은 세대를 거듭해 오면서 다양한 환경에 노출이 되고, 그 환경에 적응할 수 있도록 진화해왔으며, 이는 대사 경로의 다양성에서 나타난다. 미생물은 생존 환경에 따라 최적화된 대사 경로와 더불어 환경의 변화에도 대응할 수 있는 여분의 대사 경로를 가진다. 예를 들면, 육상에 생존하는 호기성 미생물의 경우 대부분 산소를 최종 전자 수용체로 활용하는 대사 경로를 가지며, 이는 기질을 완전 산화시켜 최대의 에너지를 얻을 수 있는 아주 효율적인 방법이다. 하지만 최종 전자 수용체인 산소가 부족한 혐기성 조건으로 변하게 되면 내부에 저장된 환원 에너지(NAD(P)H)를 다시 산화시키기 위해 발효 경로 등을 사용하게 되고 이 과정에서 유기산이나 알코올 등을 생산하게 된다.심해저 광산 등에서 생존하는 미생물의 경우, 산소 대신 금속 이온을 최종 전자 수용체로 이용하는 대사 경로가 존재하는데, 생존 환경에 따라 적합한 금속 이온을 환원시키는 대사 경로를 가진다. 하지만, 다른 금속 혹은 최종 전자 수용체에 노출될 경우, 그에 맞는 대사 경로를 발현하게 되고, 이는 환경 변화에 유연하게 대처할 수 있는 능력을 부여한다.

일부 철 산화-환원 미생물의 경우, 금속에 대한 특이성이 나타나지 않는 대사 경로를 가지고있다. 이는 바꿔 말하면 일반적인 금속이 아닌 반영구적으로 산화-환원 반응이 가능한 전극과도 전자 전달 반응을 수행할 수 있는 미생물-전극 하이브리드 시스템을 형성할 수 있다는 것을 의미한다. 특히 이 미생물-전극 하이브리드 시스템은 단순히 전자의 이동을 통한 산화/ 환원 반응의 수준을 넘어서 전극을 통한 미생물의 제어를 가능하게 하는 시스템으로써, 미래 미생물 생명공학 기술의 핵심이 될 가능성이 있는 기술이라 평가받고 있다. 본 리포트에서는 미생물과 전극 사이의 전기화학적산화-환원 반응의 생리학적 의의에 대해서 설명하고, 이를 생명공학적으로 활용하는 사례에 대해 서술하고자 한다.

...................(계속)

☞ 자세한 내용은 내용바로가기 또는 첨부파일을 이용하시기 바랍니다.