인물포커스

“미생물은 농업분야에서 다양한 용도로 활용”

김남정 농촌진흥청 농업미생물과장
“미생물은 농업분야에서 다양한 용도로 활용”
농업 분야가 다양해짐에 따라 미생물 활용성도 커지고 있다

【즉/석/인/터/뷰】 김남정 농촌진흥청 농업미생물과장

“미생물은 농업분야에서 다양한 용도로 활용”

농업 분야가 다양해짐에 따라 미생물 활용성도 커지고 있다

-마이크로바이옴이란 무엇인가?

최근 유전자 증폭과 염기서열 분석 등 생명공학 기술의 비약적인 발전을 넘어서 ‘마이크로바이옴’이라는 새로운 차원의 연구영역이 등장하였으며, 많은 문제를 해결해 줄 수 있을 것으로 기대된다.

 

인간 마이크로바이옴, 장내 마이크로바이옴, 식물 마이크로바이옴, 레지스톰(항생제 내성관리) 등으로 분류한다.

마이크로바이옴은 인간의 질병 치료, 작물·가축 관리, 환경보존, 에너지·자원 보존, 식품의 안전성 향상 등 다양한 분야에서 활용 되고 있다.

 

최근 건강한 인간의 장내 미생물을 환자의 장내에 이식하는 ‘대변치료’가 각광을 받고 있듯이, 마이크로바이옴을 이용해 가축의 장내 환경을 건강하게 유지할 수 있다.

또한, 식물체가 건강하게 자라고 병해충에 저항성을 가질 수 있도록 농작물 뿌리 주변의 미생물 군집을 인위적으로 만들 수 있다면 농업 생산성 향상에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

 

마이크로바이옴(microbiome)이란? 미생물군집(microbiota)과 유전체(genome)의 합성어로 ‘미생물군유전체’라고 할 수 있으며 인간, 동・식물, 토양, 물, 대기 등에 공존하는 미생물 군집과 유전체 전체를 의미다.

주어진 환경에 서식하거나 또는 다른 생물과 공존하는 모든 미생물의 총체적인 유전정보 또는 ‘미생물군 자체’를 의미하며 일명 제2의 유전체(second genome)이라고 불린다.

 

-농업에서 미생물의 활용분야는 어떻게 되는가?

미생물은 농업분야에서 다양한 용도로 이용되고 있으며, 농업의 분야가 다양해짐에 따라, 활용성이 커지고 있다.

작물 생산 분야에서는 미생물농약, 미생물비료, 작물의 생육 증진 및 품질 향상, 기상재해 경감(내한·내서성, 내염성 등 환경장애 증진 등) 등에 활용되고 있다.

 

축산 분야에서는 장내 건강 증진 및 항생제 대체용 사료 첨가제, 축산 악취 제거, 가축 분뇨 처리 등에 활용되고 있다.

식품 분야에서는 김치, 치즈, 유산균, 장류, 발효주 등 발효식품을 만드는 데 중요한 역할을 하고 있다.

이 외에도 농업과 관련된 바이오에너지 생산, 각종 산업에서 유용하게 활용될 수 있는 미생물 유래 효소 등 다양한 활용범위를 가지고 있다.

-미생물은행이 왜 필요하고 국가가 농업미생물 자원을 관리해야 하는가?

전 세계적으로 미생물을 포함한 유전자원 관리가 강화되는 추세로, 자원 확보 경쟁이 치열해지고 있다.

개별 연구소나 산업체 등에서 많은 미생물 자원을 일일이 관리하기에는 어려움이 있으므로 공인된 기관에서 표준화된 매뉴얼에 따라 전문적으로 자원의 보존과 품질 관리를 책임지는 것이 효율적이다.

 

이런 이유로 세계 76개국에서 777개 미생물은행이 운영(310만 여점 보유)되고 있으며 최근 나고야의정서 발효로 인해 자원 확보 및 관리 강화 추세다.

그렇지만, 미생물 유전자원 관리만으로는 경제적 이윤을 창출하기 어려우므로 전 세계적으로 90% 이상의 유전자원관리기관은 국가 연구소 혹은 출연연 형태로 운영되고 있다.

 

-농진청에서 개발된 농업미생물제의 특성과 활용 현황은?

농촌진흥청에서는 2010년 신설된 농업미생물과와 2008년 신설된 발효가공식품과 등에서 농식품 미생물제 개발과 산업화 연구를 꾸준하게 수행해 왔다.

그 결과 농업 현장에서 활용할 수 있는 미생물제와 발효종균 69건을 특허등록하고 128건을 산업체에 기술이전하여 산업화의 기반을 다져 왔다.

대표적으로 미생물농약과 미생물비료인데, 미생물농약으로는 흰가루병 방제제 등 8종이 개발되었으며, 이 중 Bacillus subtilis(M27)를 이용한 제품은 최근 14만 달러의 수출 실적을 기록하였다.

미생물비료는 4종이 산업화되었고 이 중 대표적인 제품은 Bacillus vallismortis(엑스텐)으로 그동안 158억원의 매출액을 기록했다.

축산용으로 효모와 잣송이 폐기물을 혼합한 축산악취 저감제와 사료 첨가제 10억원 이상의 매출액을 기록하고 있으며 앞으로 시장 규모가 커질 것으로 예상하고 있다.

 

-기후변화 대응 작물생산성 향상을 위해 농업미생물이 어떻게 사용되는가?

기후변화에 따라 고온, 저온, 가뭄 등과 병해충 발생 증가 등 농작물이 많은 피해를 입고 있다.

농촌진흥청에서는 그간 이러한 문제를 해결하기 위한 환경 장해로 인한 피해를 저감할 수 있는 미생물제 개발 연구를 수행하였으며, 미생물제 처리에 의해 환경 변화에 대한 작물의 스트레스 완화로 생산성이 향상되는 결과를 확인하였다.

 

바실러스 메소나에(Bacillus mesonae) H20-5 균주는 시설재배 작물의 연작에 의한 염류장해 내성 증진함으로써 염류피해를 줄여 수확량을 증가시키는 미생물로서 시설재배 오이의 수확량을 18%까지 증가시켰으며, 방울토마토 수확량을 29% 증가시키는 효과를 보인다.

 

배리오보랙스(Variovorax boronicumulans) PMC12 미생물을 토마토에 처리하였을 때 건조피해는 59.4%, 저온피해 38%, 토마토 풋마름병 피해는 38.9% 피해 경감되었으며, 오이 수확량 10% 증가, 토마토 수확량 13%가 증가했다. 바실러스 시아멘시스(Bacillus siamensis) H30-3을 처리한 봄배추의 가뭄(고온건조) 피해가 완화되었으며 정식 후 29%, 결구 전 20%, 결구기 15% 배추 무게가 증가하였다.

-수입 발효종균 대체에 대한 농진청의 역할은?

세계 발효식품 시장은 약 1,140억 달러 규모로 미국, 일본, EU가 식초, 주류용 등 곰팡이, 효모, 초산균 등 발효 종균을 다량 보유하고 있다.

우리나라는 발효식품 강국임에도 일본 종균 수입 비율이 60%에 달할 정도로 종균 개발에 대한 연구는 부족한 실정이었다.

 

이에 발효식품용 맞춤형 종균 발굴 및 국가 자원 확충을 확충해 나갈 계획으로, 2019년까지 유용 발효 미생물 생물자원 등록 92종(누계)과, 종균 18종(누계)을 개발하여 2023년까지 일본 종균 수입 비율을 55%로 낮출 계획이다.

이와 함께 수입을 대체할 수 있는 국산 종균의 표준화 기술과 발효식품의 농가 맞춤형 융복합 산업화 기술을 개발할 예정이다.

 

-2020년부터 농업환경문제 해소 미생물 연구를 추진한다고 했는데 추진배경과 주요 내용은?

플라스틱은 뛰어난 물성 때문에 천연물질 대체 소재로 널리 이용되고 있지만 쉽게 분해되지 않아 심각한 환경 문제를 일으키고 있으며 특히 최근 해양에서 미세플라스틱이 이슈가 되고 있다.

농업 분야에서도 시설재배 면적의 급증으로 플라스틱 사용량과 폐플라스틱 발생량이 증가해 환경오염의 원인이 되고 있다.

 

 2017년 통계에 따르면 영농 폐비닐 발생량은 31만 톤으로 21만톤이 수거되고, 이 중 17만톤은 재활용되었으나, 나머지 10만여톤은 수거되지 않고 방치되고 있다.

외국의 연구결과를 보더라도, 사용한 멀칭용 비닐을 회수하지 않고 토양에 방치할 경우(200 kg/ha) 목화 수확량이 매년 15%씩 감소된다(중국농업과학원, 2014) 한다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 2020년부터 미생물을 이용한 농업용 폐플라스틱 분해기술 개발 연구를 추진할 계획이다.

플라스틱 분해 미생물군을 선발하고 플라스틱 분해 효소를 발굴하여 합성생물학 기반의 효소 재설계를 통하여 고효율의 분해기술 개발이다.

또한, 최근 사회적으로 문제가 되고 있는 가습기 살균제 사건, 살충제 잔류농약에 대한 불안감 해소를 위해 2020년부터 미생물을 이용한 잔류농약 분해기술 개발이다.

 

-기후변화에 대한 농식품 대응방향은?

지구온난화의 영향은 주로 노지 항아리에서 제조되는 장류에 집중되어 품질과 안전성에 문제를 일으킬 우려 상존한다. 

여름철 온도 상승, 여름 기간 연장 등으로 인해 노지에 보관하는 장류 항아리 과열(70℃)로 장류의 변질, 부패 등 증가하고 있다.

농업인 스스로 차양 설치, 스프링클러 살수 등 자구책을 사용하고 있으나 일시적으로 내부 품온을 낮추는데 불과하여 효과는 미미하다.

 

발효식품 개발과 실용화에 치중하면서 기후변화 등 미래의 상황을 예측하여 선제적으로 대응하는 노력이 부족했음을 스스로 반성하고 있다.

전통발효식품의 발효여건, 품질변화 등에 대한 기후변화의 영향 모니터링과 원인 분석도 미비하다.

장류 중심의 전통발효식품에 대해 기후변화의 영향을 파악하고, 사안별 문제해결 방안을 종합하여 대응할 것이다.

 

전통발효식품의 생산 환경과 품질변화 모니터링으로 기후변화에 따른 주요 영향 분석과 제어기술 개발 추진이다.

품질과 안전성을 고려한 농가형 전통장 생산관리 모델 개발과 IoT 기술, 리모트 센싱 등 스마트 제어시스템 지원기술 개발이다.

 

-농업에서 마이크로바이옴 연구는 어떻게 추진할 것인지?

토양, 가축장내, 발효식품과 같은 다양한 농축산 환경에서 마이크로바이옴 정보를 대량 확보하여 분야별 활용 시스템 구축이다.

전국 농경지(논, 밭, 과수원, 시설재배지)의 미생물 분포 DB를 구축하여 토양 마이크로바이옴 지도제작, 농경지 건전성지표 설정, 토양개량제 개발 등에 활용이다.

 

작물의 건강 증진과 생산성 향상을 위해 작물별로 맞춤형 핵심 마이크로바이옴을 개발하고 구조와 기능을 분석한다.

토마토 미생물군집(생육증진 13점, 생육억제 11점) 선발하였다.

가축의 성장단계별로 장내 마이크로바이옴을 분석하여 생산성 향상과 면역력 강화 첨가제를 개발하는 데에 활용한다.

전통 발효식품(장류, 주류, 식초 등)의 생산단계별 마이크로바이옴 정보를 표준화하여 발효식품의 품질을 균일하게 유지하는 기술 개발이다.

   

-기능성 신소재 개발에 대한 연구계획은?

발효미생물을 이용하여 식품분야에서 사용 가능한 기능성 신소재를 개발하려는 연구를 수행하여 성과를 얻기 시작하였다.

옻은 피부 알레르기반응 때문에 식품에서 옻닭, 옻오리 외에는 거의 이용하지 못했었으나, 버섯으로 원인물질을 중화시켜 옻술, 옻식초, 옻장류 등 다양한 식품의 원료로 전환하여 상품화하였다.

 

황기, 당귀 등 전통적으로 사용되어 온 한약재에 발효기술을 적용하면 약효를 높일 수 있는 것으로 조사되었다.

앞으로 이미 개발된 성과를 대상으로 실용화 확대를 위한 안전성 연구를 수행할 것이며, 기능성 신소재의 다양화에도 노력하겠다.

 

발효기술로 약효를 높인 한약재를 조청 등 식품에 적용하여 쉽게 섭취ž이용할 수 있게 하는 연구를 강화하겠다. 마이크로바이옴에 관련하여 장내 미생물에 대한 식품의 영향을 조사하고, 효과가 좋은 신소재 개발 연구를 수행할 계획이다. 나남길 kenews.co.kr


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