감 탄저병 잡는 미생물, 버려지는 감꼭지에서 찾았다 [쿠키과학]

한의학연, 감꼭지 유래 효모균 탄저병 억제 원리 규명
병원균 세포벽 분해, 생장 억제
곰팡이 생장 65% 억제
감 열매 실험 병반 크기 44% 감소
감잎 항산화 성분 계절별 변화 규명

감 탄저병. 한국한의학연구원

버려지는 감꼭지에 감나무를 병들게 하는 곰팡이를 물리치는 미생물이 숨어 있다는 사실이 밝혀졌다.

한국한의학연구원(이하 한의학연) 한약자원응용연구실 강영민 박사팀은 감꼭지에서 발견한 효모균이 감 탄저병을 일으키는 곰팡이의 생장을 억제하는 원리를 규명, 친환경 생물농약으로 활용할 가능성을 확인했다고 27일 밝혔다.

감꼭지는 한의학에서 딸꾹질과 구토 등을 다스리는 한약재 ‘시체(枾蒂)’로 사용하지만, 감을 수확하는 과정에서는 대부분 버린다.

연구팀은 감꼭지에서 자연적으로 서식하는 효모균 ‘메치니코비아 퍼시모네시스(Metschnikowia persimmonesis) KIOM_G15050’에 주목했다.

감 탄저병은 콜레토트리쿰(Colletotrichum)이라는 곰팡이가 열매와 잎, 가지에 침입해 검은 반점을 만들고 심하면 열매를 떨어뜨린다.

감 재배농가는 탄저병을 막기 위해 한 해 10차례 넘게 화학 살균제를 사용하지만, 반복 사용에 따른 약제 저항성과 잔류농약 문제가 꾸준히 제기돼 왔다.

연구팀은 앞서 감꼭지 유래 효모균의 항균 효과를 확인했지만, 어떤 방식으로 병원균을 억제하는지는 충분히 밝혀내지 못했다.

이번 연구에서는 효모균의 유전체와 생성 물질, 효소 활성 등을 분석해 병원균을 공격하는 여러 작용을 확인했다.

가장 주목한 것은 병원균의 생존에 필요한 철분을 빼앗는 능력이다.

곰팡이도 생장하고 번식하려면 철분이 필요한데, 이 효모균은 주변 철분과 결합하는 물질을 만들어 병원균이 사용할 철분을 줄인다.

연구팀은 효모균이 철분과 결합해 붉은 색소 물질인 ‘펄체리민(Pulcherrimin)’을 형성하는 데 필요한 유전자를 갖고 있다는 사실을 확인했다.

또 서로 다른 5가지 배양 조건에서 실험한 결과, 철 이온을 첨가한 최소배지에서 병원균 생장이 약 23% 억제됐다.

효모균은 병원균과 직접 접촉하지 않고도 공격했다.

두 균을 물리적으로 분리해 배양하자 효모균이 공기 중으로 내보내는 휘발성 화합물만으로 병원균의 생장이 약 65% 줄었다.

이 물질은 공기 중으로 쉽게 퍼지는 화학성분으로, 연구팀은 주요 성분인 2-메틸-1-부탄올과 3-메틸-1-부탄올을 높은 농도로 처리했을 때 각각 26%, 20%의 생장 억제 효과를 확인했다.

효모균이 병원균의 세포벽을 분해하는 효소를 만들고, 표면에 얇은 미생물막인 바이오필름을 형성해 병원균이 자리 잡을 공간을 선점한다는 사실도 확인했다.

연구팀은 실험실에서 확인한 효과가 실제 감에서도 나타나는지 검증했다.

감 열매에 상처를 내고 탄저병균과 효모균을 함께 처리한 뒤 7일 동안 관찰한 결과, 병이 발생한 부위의 직경은 효모균을 처리하지 않은 감의 0.78㎝에서 0.44㎝로 약 44% 줄었다.

탄저병 발병률도 대조군 100%에서 효모균 처리군 70%로 30%포인트 낮아졌다.

연구팀은 이 결과를 바탕으로 효모균과 펄체리민을 활용한 식물 탄저병 방제 조성물, 효모균의 휘발성 성분을 활용한 감나무 탄저병 방제 조성물 등 특허 2건을 출원했다.

연구 모식도. 한국한의학연구원

이와 함께 연구팀은 감잎에 들어 있는 유용한 성분이 계절에 따라 어떻게 달라지는지 분석했다.

감잎은 차와 화장품 원료로 사용하는데, 항산화 작용을 하는 플라보노이드와 탄닌 등이 풍부하다.

플라보노이드는 식물이 만드는 항산화 성분이며, 탄닌은 떫은맛을 내는 식물성 물질로 항산화 특성을 갖는다.

그러나 이 성분들은 기온과 습도, 강수량 등에 따라 함량이 달라져 원료 품질을 일정하게 유지하기 어려웠다.

연구팀이 감 4개 품종의 잎을 분석한 결과, 플라보노이드 관련 주요 성분은 5월에 가장 많았고, 비중합형 탄닌은 4월, 여러 분자가 결합한 중합형 탄닌은 10월에 최고치를 기록했다.

반면 기온과 강수량, 습도가 높은 8월에는 플라보노이드와 탄닌 함량이 모두 가장 낮았다.

이를 통해 감잎을 수확할 때 원하는 유효성분에 따라 수확 시기를 달리 정할 수 있는 과학적 근거를 마련했다.

연구팀은 향후 효모균을 실제 농가에서 사용할 수 있는 생물농약으로 개발하고, 휘발성 항균물질을 한약재와 천연물 원료의 저장·유통 과정에 활용하는 연구도 추진할 계획이다.

강 박사는 “감꼭지에서 찾은 미생물이 병원균의 영양분을 빼앗고 생장을 억제하는 과정을 확인한 만큼, 농약 사용을 줄일 수 있는 생물학적 방제 기술 개발에 중요한 근거를 확보했다”며 “실제 재배환경에서도 안정적인 효과를 내는지 검증하고, 한약재와 천연물 원료의 보존 기술로 활용할 수 있는지도 연구하겠다”고 설명했다.

한편 이번 연구는 과학기술연합대학원대(UST) 아리라누르 하니파들리 박사과정이 제1저자로 참여했고, 연구결과는 국제학술지 ‘응용미생물학과 생명공학(Applied Microbiology and Biotechnology)’과 ‘응용생물화학(Applied Biological Chemistry)’에 각각 게재됐다.
(논문명: Genome-guided characterization of Metschnikowia persimmonesis KCTC 12991BP against persimmon anthracnose)
(논문명: Seasonal climatic variation is associated with persimmon (Diospyros kaki) leaf flavonoid peaks and tannin indices)

한약자원응용연구실 연구팀. 한국한의학연구원

이재형 기자 jh@kukinews.com