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0℃에 가까운 영하 온도에서 얼음 형성을 촉진할 수 있는 곰팡이 단백질이 규명됐다. 이 곰팡이 단백질은 인공강우에서 구름 씨앗으로 사용되는 독성이 강한 요오드화은(silver iodide)을 대체하는 등 다양하게 활용될 것으로 기대된다.
일반적으로 물은 순수한 상태에서는 -38℃ 이하에서 자연적으로 얼기 시작하지만, 빙핵(ice nucleator)이 있으면 -2~-10℃의 비교적 높은 영하에서도 얼음이 형성되기 시작한다.
자연계에는 이런 빙핵 역할을 하는 단백질이 존재하며, 지금까지 얼음 핵 형성 단백질이 박테리아에서 어떻게 생성되고 작동하는지는 밝혀졌지만, 곰팡이를 포함한 다른 생물에서는 얼음 핵 형성 촉진 단백질이 거의 밝혀지지 않았다.
연구팀은 이 연구에서 '모르티에렐라과'(Mortierellaceae family) 곰팡이에서 빙핵 역할을 하는 단백질을 찾아냈으며, 유전체를 해독하고 DNA를 분석해 얼음 핵 형성 단백질을 암호화하는 유전자도 밝혀냈다.
분석 결과 이 곰팡이 단백질을 만드는 유전자는 원래 박테리아에서 유래했을 가능성이 큰 것으로 나타났다. 수십만~수백만 년 전 수평적 유전자 전달 과정을 통해 박테리아에서 곰팡이 조상으로 전달됐다는 것이다.
이 단백질은 박테리아 단백질과 비슷하게 작동해 효율적으로 얼음을 만들고, 구조적으로 길게 말린 형태를 이루며 여러 개가 뭉쳐 얼음이 달라붙기 쉬운 표면을 만드는 것으로 밝혀졌다.
연구팀은 이 단백질을 인공강우 때 구름에서 비를 유도하는 구름 씨뿌리기(cloud seeding) 기술에 활용할 수 있을 것으로 보고 있다. 구름 씨뿌리기는 구름에 빙핵 물질을 뿌려 물방울이 얼음 결정으로 변하게 유도하고, 이 결정이 커지면서 비로 떨어지게 만드는 방식이다.
비나처 교수는 현재 구름 씨뿌리기에서 빙핵 물질로는 요오드화은이 주로 사용되는데 독성이 강한 문제가 있다며 "이 곰팡이 단백질을 저렴하게 생산할 수 있다면 구름 씨뿌리기를 훨씬 더 안전하게 만들 수 있을 것이라고 말했다.
연구팀은 또 곰팡이 단백질은 세포에 결합해 있지 않고 물에 잘 녹는 특성이 있어 기존 박테리아 기반 물질보다 다루기 쉽고 안전하다며 단순히 기상 분야뿐 아니라 다양한 산업에도 활용될 수 있다고 설명했다.
냉동식품 제조에서는 필요한 단백질만 사용할 수 있어 불필요한 물질을 제거할 수 있고, 보다 안전한 식품 첨가제로 개발될 가능성이 있으며, 인체 조직·정자·난자·배아 등을 보존하는 동결보존 기술에서도 활용이 기대된다는 것이다.
비나처 교수는 얼음 핵 형성은 기후모델에서도 중요한 요소라며 "이제 이 곰팡이 분자를 알게 됐기 때문에 구름 속에 이런 종류의 분자가 얼마나 존재하는지 더 쉽게 파악할 수 있을 것이라며 "장기적으로 이 연구는 더 정교한 기후 모델 개발에도 기여할 수 있을 것이라고 말했다.
◆ 출처 : Science Advances, Konrad Meister et al., 'A previously unrecognized class of fungal ice-nucleating proteins with bacterial ancestry', http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.aed9652
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<연합뉴스>
