수소를 생성하는 해양 미생물의 녹색 에너지에 대한 답

수소 생산 박테리아에 대한 유전체 연구를 통해 대량의 수소를 생산할 수 있는 완전히 새로운 유전자 클러스터가 발견되었습니다.

비브리오과(Vibrionaceae) 는 생물발광으로 유명한 해양 박테리아의 한 종류이지만, 박테리아 중에 콜레라 병원균이 포함되어 있다는 사실로도 악명이 높습니다.

비브리오과(Vibrioaceae)는 바이오연료 생산에 있어서 그다지 매력적인 대상이 아니었지만, 이 과의 또 다른 고유한 특징, 즉 발효를 통해 포름산이라는 물질을 이산화탄소와 수소로 분해하여 대량의 수소 가스를 생성할 수 있는 능력이 현재 녹색 에너지에 대한 잠재적인 솔루션으로 떠올랐습니다.

홋카이도 대학 수산과학부의 토모 사와베 교수, 인도 국립학제과학기술연구소의 라메시 쿠마르 나타라잔, 브라질 리우데자네이루 연방대학의 파비아노 톰슨이 포함된 팀은 게놈 시퀀싱을 사용하여 이 생화학적 업적의 메커니즘을 조사했습니다.

이들의 연구 결과는 Current Microbiology 저널에 게재되었습니다.

연구진은 심해 동물과 공생 관계에서 흔히 발견되는 비브리오과(Vibrionaceae) 의 알려진 16종을 모두 조사했습니다.

그들은 Hyf형 포름산 수소분해효소(FHL) 유전자 클러스터의 서열과 구조에 주목했습니다.

이 유전자 클러스터의 수소화효소는 포름산을 수소와 이산화탄소로 분해하는 과정을 촉진합니다.

이 복합체는 또한 발효를 통해 수소를 생성할 수 있는 또 다른 박테리아인 대장균 에서도 발견 되지만, 비브리오과 에 비해 훨씬 적은 양입니다.

사와베는 "이러한 분석은 FHL 유전자 클러스터의 예상치 못한 다양성과 유전자 클러스터와 수소 생산 능력의 기능 간의 관계를 보여줍니다."라고 설명합니다.

연구팀은 비브리오과 박테리아 중에서 두 가지 새로운 유형의 FHL 유전자 클러스터를 발견해 , 이들 박테리아의 총 FHL 유전자 클러스터 수를 6개로 늘렸습니다.

그들은 클러스터 구조의 다양성이 비브리오과가 다양한 생태적 지위를 차지하기 위해 적응하고 진화하면서 나타난 종 분화의 결과라고 제안합니다.

이 연구에서는 또한 다양한 FHL 유전자 클러스터와 관련된 수소 발효 및 생산에 차이가 있음을 발견했습니다.

해양성 박테리아인 비브리오 트리토니우스 와 맹그로브에 서식하는 야생벼에서 발견되는 비브리오 포르테레시아 에가 가장 높은 수준의 수소 생산을 보인 반면, 비브리오 에어로게네스 와 비브리오 망그로비는 가장 낮은 수치를 보였습니다.

수소 생산 수준과 박테리아가 포름산을 세포로 다시 흡수하는 능력 사이에는 상관 관계가 있었습니다.

사와베는 "이러한 유전형은 특정 비브리오 군에서 발효성 수소 생산을 유지하는 데 있어 포름산 대사를 핵심 요소로 강화할 수 있다"고 결론지었습니다.

이 발견은 일부 종이 환경에서 포름산염을 해독해야 하기 때문에 더 높은 수소 생산을 진화시키도록 이끌렸다는 연구자들의 제안을 뒷받침합니다. 그들은 이를 포름산염 해독 가설이라고 부릅니다. 이 발견은 또한 E. coli 와 같은 다른 박테리아 종에서 수소 발효의 진화에 대한 빛을 비출 수 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/04/250403123059.htm