미생물이란?
미생물이란, 사전의 의미로 육안으로 관찰이 곤란하거나 불가능한 미생물을 말한다.
대부분의 현미경으로 관찰되는 마이크로미터(1/1,000mm) 또는 나노미터(1/100만mm) 단위의 작은 생물입니다.
이러한 미생물의 범주에는 일반적으로 곰팡이(Fungi), 세균(Bacteria), 바이러스(Virus), 원생동물(Protozoa), 조류(Algae) 등을 포함한 20만종 이상이 존재하는 것으로 알려져 우리가 인식하지 못하는 약 1000만 종류의 미생물이 존재하는 것으로 추정된다.
주요 미생물은 곰팡이, 박테리아, 바이러스, 바이로이드로 나눌 수 있습니다.
진균은 진균계(진균), 원생동물계(Protozoa), 크로미스타계(Chromista), 단세포-다세포 등 다양한 형태의 90,000종이 존재하고, 세균은 단세포, 구형-봉형 등 간단한 구조의 10,000 종이 존재한다.
한다.
바이러스는 핵산(DNA, RNA) + 외피 단백질(Coat Protein)의 5,000종 이상이 존재하고, 바이로이드는 핵산(RNA) 수십종이 존재한다.
미생물은 약 38억년 전에 지구상에 나타난 최초의 생명체로 지구를 생명체가 살기에 적합한 환경으로 바꾼 주역이다.
최초의 미생물(고세균)은, 주로 자외선이 닿지 않는 심해의 화산 주변 등 극한 환경 지역에 분포하고 있어, 고세균으로부터 진화한 남조류(시아노박테리아)에 의해 대기중에 산소를 생성한다.
특히 남조류 등의 미생물은 돌연변이, 공생 등의 방법으로 계속 진화하여 동식물 발생의 기원이 된 것으로 알려져 있다.
호주 Shark Bay에 살고 있는 화석에서 발견된 남조류가 배출한 탄산칼슘으로 만들어진 38억년의 스트로마트라이트가 발견되었다.
미생물은 역사적으로 인간에게 유익한 영향과 유해한 영향을 동시에 주고 있으며, 미생물의 유익한 영향으로는 식품 발효, 의약 소재, 산업 공정에 이용하고 있다.
와인과 식초는 기원전 1만년, 빵은 4천년쯤 만들어진 발효식품으로 추정되며, 치즈와 요구르트는 기원전 3천년쯤 중앙아시아 지역에서 우연히 발견된 발효식품이다.
또한 고대 바빌로니아, 이집트, 그리스 등에서는 술, 식초, 곰팡이 빵 등을 의약 소재로 사용하고 플레밍 (1929 년)은 푸른 곰팡이에서 항생제 (페니실린)를 분리하여 질병 치료에 획기적인 전기를 마련한 계기가 되었다.
. 화학, 식품, 제지 산업 등에 미생물 생성 효소를 이용한 산업 공정이 활용된다.
이에 미생물의 유해한 영향은 인간 감염, 가축 감염, 식물병 등을 일으킨다는 것이다.
인간 감염증의 흑사병은 인류 사상 최악의 감염증으로, 1347~1351년에 유럽 인구의 30%에 달하는 2,500만명이 희생되고, 제1차 세계 대전 직후(1918~1920년) 스페인 인플루엔자 때문에 세계적으로 2,500~5,0이 희생되었다.
최근 구제역, 조류독감 등으로 수백만 마리의 가축이 살해되는 가축 감염증이 빈번하게 발생해, 1845~1846년에 아일랜드에서 대발생한 식물병인 감자의 역병에 의해 주민 150만명이 굶주리고 죽었고, 이로 인해 수십만 명이 북아메리카로 이주하는 결과를 가져왔다.
미생물의 산업 이용
미생물의 기능적 분류군별의 주요 특성에 의해 다양한 관련 산업 분야에 이용되고 있다.
동식물에 각종 질환을 유발하는 병원 미생물은 제약(백신, 예방 및 치료제 등) 분야, 분해·생성에 의한 물질 순환 특성을 갖는 환경 미생물은 환경 복원, 환경 정화 처리 공정 분야, 대사 작용에 의한 물질 생성 특성을 갖는 산업 미생물은 발효 공정, 생물 변환, 에너지 생산 등 분야, 식용, 발효에 의한 식품 생산이 가능한 식품 미생물은 버섯, 발효 식품(주류, 장류 등) 분야에 이용되고 있다.
특히 주택, 발효, 양분 가용화 등 특성을 가지는 농업 미생물의 경우에는 농산물의 생산 및 농업 환경의 개선에 적극적으로 이용되고 있으며, 향후 무한한 발전의 가능성을 내재하고 있다.
의생활, 식생활, 주생활, 가정용품, 산업용품, 기계제품 분야에서 미생물을 이용한 제품을 생산하고 있다.
의생 제품은 미생물 효소 세제와 섬유 유연제, 미생물이 생산한 인디고 색소, 의류 신소재(키토산 섬유 등)이며, 식생활 제품은 설탕 대체 감미료, 비타민, 아미노산과 건강기능식품, 프로바이오틱 제품(요구르트)을 포함하고, 주생활 제품은 경화 시멘트, 콘크리트 결합재, 미생물 첨가 환경 친화적인 건축 자재, 도료 원료인 이타콘산 제조 제품이 있다.
또, 가정용품으로서 기능성 비누, 치약 등의 욕실용품, 화장품, 일회용 주방용품, 소취제, 접착제, 휴대용 소화기 제품이 있어, 산업용품은 아세톤 등 산업용 유기 용매, 미생물 이용 생분해 성 고분자, 윤활제, 세제 등의 제품이 있으며, 기계 제품으로는 미생물 연료 전지 이용 전기 제품, 가정용 식품 쓰레기 분해기, 폐전자 제품으로부터 금속 재생 제품이 있다.
미생물 자원 개발 및 산업 동향
미생물 자원의 개발 및 국내외의 산업 동향은 미생물 자원의 상품화, 고부가가치 미생물 자원의 수집, 확보 및 보존 경쟁이 치열해지고 있다.
미생물 자원의 상용화를 위해 각국의 미생물 자원 센터에서 균주를 판매하고 있으며, 균주 가격은 국외의 경우, ATCC(미국)$300, CABI(영국)$230, CBS(네덜란드)$90, NBRC(일본) $50이며 국내에서는 한국표준균주보존센터(KCTC)$40, 한국미생물자원센터(KCCM)$40이다.
특히 농업미생물과 농업미생물은행(KACC)에서는 무료 분양을 시행하고 있다.
또한 ATCC(미국), CABI(영국), CBS(네덜란드), DSM(독일), NBRC(일본), CAS(중국) 등은 국가 생물 주권 확립을 위해 해저 등 특수 환경에서 미생물 자원의 수집 과 확보에 열을 올리고 있어 세계적으로 70개국, 609의 미생물 자원 센터가 운영되고 있어 합계 200만점을 보존하고 있다.
국내에서도 토양, 해양 등에서 미생물 자원 탐사, 수집 및 보존으로 합계 11만여 점을 보존하고 있으며, KACC 등록 보존 미생물 자원은 합계 2만점 이상(약 7천여종)을 보존하고 있다.
농축산용 미생물산업 시장규모는 세계시장은 2010년 $16억(1,9조원)에서 2011년 $17억(2.0조원)으로 증가해 2016년 $24억(2.9조원)으로 증가할 전망 이다.
국내 시장도 2010년 7,714억원에서 2012년 8,763억원으로 증가, 2014년 9,954억원으로 연평균 6.8% 증가했다.
또 2015년 친환경 농산물 인증으로 저농약 폐지로 유기, 무농약 비율이 높아지고 친환경 농산물 규모 증가로 미생물제 수요가 급속히 증가할 전망이다.
시장 전망은 2010년 4.1조원에서 2015년 4.9조원으로 증가하고 2020년에는 7.1조원으로 증가할 전망이다.
농촌진흥청의 농업미생물 관련 특허등록 87건, 기술이전 207건 실시료 357,850천원의 미생물제 개발 및 활용 실적(~2013년)의 연구 성과를 달성했다.
농촌진흥청의 농업미생물 관련 특허등록 87건, 기술이전 207건 실시료 357,850천원의 미생물제 개발 및 활용 실적(~2013년)의 연구 성과를 달성했다.
미생물 자원 연구의 추진 계획과 전망
농촌진흥청은 세계적인 수준의 농업 미생물 자원 보존과 관리, 고품질 안전농산물 생산을 위한 미생물제 개발(30종)을 향후 5년간의 목표로 설정하고 연구개발을 추진할 계획이다 . 이에 따라 23,000점의 농업 미생물 자원 다양성 확보하는 미생물 자원 관리, 10종의 작물 생육 활성 미생물제 개발로 작물 활성, 12종의 작물 병해충 방제 미생물제를 개발하는 병해충 방제, 8종의 농축산 환경 개선 미생물제를 개발하는 연구개발을 지속적으로 추진하고 있다.
특히 국립농업과학원, 농업기술원, 농업기술센터가 상호 유기적으로 협업하고 커뮤니케이션하여 미생물산업화를 위한 기초연구 및 산업화, 미생물제 개발 및 현장활용평가, 현장적응연구를 통해 고부가 가치유용 미생물제 현장 실용화를 통한 고품질 안전농산물을 생산하는 농가 현장 활용 체계를 구축하고 운영하고 있다.
이러한 연구 추진 계획의 중점 추진 업무 및 과제는 국가 특허 미생물 통합 보존소의 운영, 미생물 생성 물질을 이용한 작물 활성 증진 기술의 개발, 곤충 병원성균류를 이용한 파밤 나방 방제 기술 개발, 시설 재배지 염류 집적 토양 환경 개선 미생물제 개발, 농축산 유용 미생물의 현장 활용을 위한 실용 배지의 개발 및 이용 기술 등이 있다.
특허청 공고(2013.04.05)에서 국가 특허 미생물 통합 보존소가 지정되어 농촌 진흥청과 특허청 간 MOU 체결(2013.06.13.)에서 농업 유전 자원 센터(수원) 내에 통합 보존소로 설치했다 . 이를 통해 국내 4개 기관이 분산 보존하고 있는 특허 미생물 1만여 점에 대한 통합 보존을 실시(2014년~2017년)해 30년 이상 보존해 보존 후 농촌진흥청에 귀속할 예정이다.
또한 국립농업과학원 미생물은행은 세계지적재산권기구(WIPO)에 의해 특허미생물국제기탁기관으로 승인(2015.5.1)되어 세계 44번째 국제기탁기관으로 역할을 수행하게 된다.
을 통해 국가특허미생물의 통합안전보존관리체제를 구축해 농촌진흥청의 대외위상을 높였다.
미생물 산생활성 물질을 이용한 농작물 생육 증진 기술의 개발은 미생물(EXTN-1)이 생산하는 다이펩티드 등을 이용한 작물 면역 기능의 향상과 약효 검증 및 작물 처리 기술의 개발에 관한 연구 과제이다 . 본 과제에서는 농작물의 생육 증진과 저온, 고온 등의 환경 장애를 극복할 수 있는 미생물과 생성물 처리에 의한 작물의 생육 및 환경 장애 내성 조사를 실시하고 있으며, 예상되는 성과로서는 개발 미생물의 생성 물질 처리 방법 및 관리 기술을 확립하여 배추 등 주요 작물의 안정 생산 및 생육 증진을 목표로 배추의 경우 약 60%의 생육 증진 효과가 향상되는 효과가 있는 것으로 나타났다.
곤충병원곰팡이를 이용한 파밤나방 방제기술의 개발은 40과 200종 이상의 작물(야채, 과수, 화초 등)을 더해 큰 피해를 주는 파밤나방을 방제하기 위한 기술로 살충제에 대한 강한 저항성을 가진 파밤 나방을 방제하기 위한 화학농약을 대체하는 유용한 미생물제의 개발 과제이다.
본 과제에서는, 파밤나방에 대하여 우수한 살충 효과를 나타내는 균주(Metarhizium anisopliae FT83)를 선발하여, 효과적으로 방제할 수 있는 처리 조건 및 대량 배양 조건을 확립하였다.
시설 재배지 염류 집적 토양 환경 개선 미생물제 개발은, 연작지 과다비에 의한 토양의 염류 집적 작물 생산성에 인산 가용화 미생물을 이용하여 시설 재배지의 염류 장애를 경감시킬 목적으로 추진하는 과제로 있다.
본 과제에서는, 염류 집적 시설 재배 야채 작물(상추, 토마토, 오이 등)을 대상으로, 생육 촉진 효과와 전기 전도도 변화, 가용성 인산 정량 분석에 의한 토양 환경 개선 효과를 조사해, 인산 가용화 미생물 처리 효과 검정을 실시한다.
. 이에 따라 개발 미생물제의 토양 내 불활성 인산 가용화로 토마토 과실 수량 약 30% 증가 효과를 확인하였다.
유용한 미생물 현장 활용을 위한 실용 배지의 개발은 친환경 농업 단지 조성 및 친환경 농산물에 대한 소비자 수요의 증가에 의해 미생물 공급 농업 기술 센터가 2011년 95곳에서 2012년 114곳, 2013 연 123개소, 2013년 120개소, 2015년 130개소로 증가하고 있으며, 농업기술센터의 미생물 배지 비용이 톤당 100만원 이상으로 매우 높아 작물용 및 축산용 유용 미생물 대량 배양을 위해 실용 배지의 개발이 필요하고 추진한 과제이다.
본 과제 수행에 의해 농업 기술 센터 미생물 배양용 실용 배지 개발 비용이 66% 삭감하는 효과가 있어, 6개의 농업 기술원과 공동 연구를 통한 지역별, 작물별 현장 적용 시험을 실시해, 유용 미생물의 지역별, 작물별 사용 지침을 2014년에 발간해 현재 9개 농업기술원 전원이 참여하는 공동연구를 추가 실시하고 있다.
이를 통한 유용 미생물의 현장 활용을 증대하여 친환경 안전농산물 생산에 공헌하고 있다.
출처 : 농업로