수은으로 오염된 토양과 물을 정화하는 진균: 야생버섯의 신비(191)

수은으로 오염된 토양과 물을 정화하는 진균: 야생버섯의 신비(189) 

 

사진 1: 딱정벌레에 기생하는 메타리지움 로베르치(Metarhizium robertsii)

 

메릴랜드대학의 연구원들은 메타리지움 로베르치(Metarhizium robertsii)라는 진균류가 식물 뿌리 주변의 토양과 담수 및 염수에서 수은을 제거한다는 사실을 발견하였다. 이들은 또한 수은 해독 효과를 증폭하기 위하여 이 진균류의 유전자를 변형하기도 하였다. 본래 이 균류는 전 세계적으로 토양에서 자연적으로 서식하는 기생균류로 200여 종의 다양한 곤충에 질병을 일으키기 때문에 해충에 대한 자연 생물방제로 개발하여 이용하기도 하는 진균류이기도 하다.



토양과 물의 수은 오염은 공중 보건에 대한 세계적인 위협이 아닐 수 없다. 이 메릴랜드대학의 새로운 연구는 메타리지움 로베르치 진균이 오염된 지역에서 재배하는 농작물을 보호하고 수은이 가득한 수로를 개선하는 등 비용도 저렴하고 효율적인 생물학적 환경정화 방법이 될 수 있음을 시사해 주고 있다.

연구원들의 이 프로젝트는 메타리지움 로베르치 진균이 식물의 수은 흡수를 막아주어 오염된 토양에서도 정상적으로 자라도록 하여 그 열매도 오염 없이 식용할 수 있다는 것을 밝혀주었다.뿐만 아니라 어디에나 있는 이 진균이 식물 뿌리 주변에 서식하면서 초식성 곤충으로부터 보호해 준다는 것을 보여주기도 하였다. 과학자들은 전부터 이 진균이 수은 광산처럼 독성으로 오염된 지역의 토양에서 볼 수 있는 유일한 생물체 가운데 하나라는 것은알고 있었으나 수은으로 오염된 토양에서 어떻게 이 진균이 살아남았는지 또는 이 진균이 주변에 함께 살아가는 식물에 어떤 영향을 미치는지 잘 알지 못하였다.

그러던 가운데 현재 연구를 위해 연구원들은 다양한 실험실 실험을 수행하였고 메타리지움 로베르치 진균에 감염된 옥수수가 깨끗한 토양에서 자라든 수은이 함유된 토양에서 자라든 상관없이 잘 자란다는 사실을 발견하였다. 그리고 오염된 토양에서 자란 옥수수의 식물 조직에서 수은을 발견할 수 없었다고 한다.  

 

사진 1: 옥수수 뿌리 주변 토양에 있는 메타리지움 로베르치 진균은 수은으로 오염된 토양에서 수은 흡수를 막아 준다,

 

그런 다음 연구자들은 메타리지움 로베르치 진균의 유전자를 변형하여 수은 해독 박테리아와 유사한 두 유전자를 제거하였다. 그랬더니 그들이 실험을 반복하는 동안 메타리지움 로베르치 진균은 더 이상 수은 함유 토양으로부터 옥수수 식물을 보호하지 못했고 옥수수는 죽었다.

유전자가 해독 특성을 제공하는지 확인하기 위해 연구자들은 일반적으로 옥수수를 수은으로부터 보호하지 않는 다른 곰팡이에 유전자를 삽입하였다. 새로 변형된 균류는 메타리지움 로베르치 진균과 같은 역할을 하여 수은 함유 토양으로부터 식물을 보호하였다고 한다. 

 

사진 3: 토양에 사는 메타리지움 로베르치 진균

 

 

미생물학적 분석 결과 문제의 유전자는 독성이 강한 유기 형태의 수은을 독성이 적은 무기 수은 분자로 분해하는 효소를 발현하는 것으로 밝혀졌다. 마지막으로 연구원들은 더 많은 해독 유전자를 발현하고 해독 효소의 생산을 증대하기 위해 메타리지움 로베르치 진균의 유전자를 조작하였다. 그리고 실험에서 연구원들은 메타리지움 로베르치 진균을 혼합하여 48시간 안에 담수와 염수 모두에서 수은을 제거할 수 있음을 발견하였다.

다음 단계는 메타리지움 로베르치 진균이 옥수수나 다른 작물을 재배할 수 있는 생산적인 밭으로 그 독성 환경을 바꿀 수 있는지 확인하기 위해 중국에 있는 밭에서 실험을 수행하는 것이다. 오염된 토양을 개선하는 현재의 방법은 무엇이든 심기 전에 전체 밭에서 독소를 제거하거나 중화해야 한다. 그 작업은 매우 비용이 많이 들고 오랜 시간이 걸린다. 그러나 메타리지움 로베르치 진균은 간단하게 식물 뿌리 바로 주변의 토양을 해독하고 식물의 독소 흡수를 방지해 주는 것이다.

농업을 위해 오염된 땅을 복원하기 위한 비용 효율적인 도구로서의 잠재력 외에도 메타리지움 로베르치 진균은 기후 변화와 녹아내리는 영구동토층이 토양과 바다로 그 독성 금속 방출을 가속화함에 따라 점점 더 수은 오염의 위협을 받는 습지와 오염된 수로에서 수은을 제거하는 데에도 큰 도움이 될 수 있다. 

 

참고자료

 

University of Maryland. "How a common fungus eliminates toxic mercury from soil and water." ScienceDaily,  November 17, 2022. 

<www.sciencedaily.com/releases/2022/11/221117102723.htm>.
위의 글을 이 논문을 거의 완역하 것이고 사진도 그 글에서 빌려 온 것이다.