지구온난화 주범 '소 방귀' 속 메탄 줄이는 대장균 사료 첨가제

환경오염의 주범 중 하나로 꼽히는 소의 '메탄 방귀'를 미생물을 첨가해 만든 사료 첨가제로 줄일 수 있는 연구결과가 나왔다.

국내 연구진이 환경오염의 주범 중 하나로 꼽히는 소의 '방귀'에 포함된 메탄을 줄이는 데 성공했다. 대장균을 첨가해 만든 사료 첨가제로 배출물 메탄을 줄일 수 있다는 것이다. 메탄은 이산화탄소와 함께 주요 온실가스로 가축산업에서 상당량의 메탄이 배출되는 것으로 알려져 있다. 

서울대는 김영훈 동물생명공학전공 교수, 박정국 동물생명공학전공 박사과정생 연구팀이 유익균과 '바이오차(Biochar)'를 적용한 사료 첨가제로 가축의 메탄 발생을 줄일 수 있는 방법을 개발했다고 4일 밝혔다. 지난달 31일 환경 공학 분야의 국제 학술지 '환경 화학 공학 저널(Journal of Environmental Chemical Engineering)'에 연구결과가 실렸다. 

지구 온난화를 완화하는 직접적인 방법은 온실가스의 양을 줄이는 것이다. 2023년 전 세계 온실가스 배출량에서 이산화탄소가 74%로 가장 많은 양을 차지하고 다음으로 메탄이 17%의 비율을 차지한다. 단순 배출량으로만 보았을 때 메탄의 배출량은 이산화탄소에 비해 적지만 메탄은 이산화탄소에 비해 25배 강한 온실 효과를 갖기에 메탄은 온실 가스 저감에 있어 중요한 요소로 여겨진다.

메탄은 반추동물의 소화 과정에서 적지 않은 양이 생성된다. 반추동물은 위 속에 넣어둔 먹이를 입으로 되올려 다시 씹어 소화하는 ‘되새김질’을 하는 동물로 소나 염소, 사슴, 기린 등 다양한 포유류 종이 여기에 속한다. 특히 소를 기르는 축산 분야에서는 반추위에서 발생하는 메탄을 줄이는 것이 하나의 과제다. 주로 메탄 생성 억제 사료 첨가제들에 대한 연구가 이뤄지지만 반추위 내의 미생물 복잡성 때문에 효과가 한계가 있었다. 

서울대 연구팀은 프로바이오틱스 대장균(Escherichia coli Nissle 1917·EcN)에 미생물의 활성을 증가시키는 성질을 가진 '바이오차'를 적용해 메탄 저감 능력을 향상시키는 사료 첨가제를 개발했다.

EcN은 유전자 변형이 용이해 특정 생물학적 기능을 강화시키거나 약화시키는 조작이 쉬운 유익균이다. 반추위 내에서 미생물이 원하는 역할을 하도록 쉽게 유도할 수 있는 것이다. 바이오차는 가축분뇨, 목질계, 초질계 같은 바이오매스(Biomass)를 산소가 없는 조건에 350℃ 이상의 고온에서 열분해한 물질이다. 

연구팀은 EcN을 반추위에서 나오는 위액에 넣었을 때 메탄 생성량과 메탄 생성 고세균의 양은 감소하고 아세트산과 프로피온산의 양과 이 두 지방산을 생성하는 균의 양도 증가하는 것을 확인했다. 이러한 효과는 EcN을 바이오차와 함께 처리했을 때 더욱 강화됐다.

아세트산과 프로피온산 생성균은 메탄 생성 고세균과 경쟁 상대다. 메탄 생성을 위해 사용하는 수소를 경쟁적으로 사용하기 때문이다. 두 균의 활성화는 반추위액에서 메탄 생성의 억제를 유도한다는 점을 확인했다. 

연구팀은 "향후 메탄저감 효능을 가진 신규 프로바이오틱스 균주를 발굴했다"면서 "바이오차를 적용해 축산 분야의 환경문제와 기후변화 대응에 적극적으로 대응할 수 있는 동물생명공학 신기술로 활용이 가능할 것으로 보인다"고 이번 연구를 평가했다.

[이채린 기자 rini113@donga.com]