'문제아' 박테리오파지가 오히려 김치 속 미생물 생존 돕는다

산업계서 발효 종균 생장 방해해 발효 실패 주범 인식김치연, 발효 미생물 생존 지원하는 유전자 제공 밝혀

[이데일리 강민구 기자] 발효 과정에서 문제로만 여겨졌던 ‘박테리오파지(bacteriophage)’가 김치와 같은 복잡한 연속발효 시스템에서는 오히려 발효 미생물의 생존을 돕는 중요한 조력자 역할을 할 수 있다는 연구 결과가 나왔다.

16일 세계김치연구소에 따르면 원태웅 박사 연구팀의 연구 결과, 김치와 막걸리의 메타유전체 분석과 공출현 네트워크 분석을 통해 박테리오파지가 발효 과정에서 유산균과 같은 특정 발효 미생물을 선택적으로 감염시켜 개체군의 균형을 조절하는 것으로 나타났다. 특히 다른 유산균이 생태학적 공간을 확보하고 군집의 안정성과 다양성을 유지하도록 돕는 역할을 하는 것으로 분석됐다.

메타유전체 기반 박테리오파지의 분석체계.(자료=세계김치연구소)

박테리오파지는 세균을 감염시키는 바이러스로 발효식품 산업에서는 발효 종균(발효를 일으키는 씨앗균)의 생장을 방해해 발효 실패나 지연을 유발하는 ‘주범‘으로 인식됐다. 그러나 이번 연구는 박테리오파지가 단순히 세균을 죽이는 존재가 아니라, 발효 환경 내에서 주요한 발효 미생물의 생존을 지원하는 유전자를 제공한다는 사실을 과학적으로 입증했다.

주목할 점은 박테리오파지가 극한 발효 환경에서 유산균의 생존력을 직접 강화한다는 사실이다. 발효가 진행될수록 산성도(pH) 변화와 대사산물 축적으로 환경 스트레스가 심화되는데 박테리오파지는 ‘스트레스 극복 유전자’를 유산균에 전달해 이들이 환경에 빠르게 적응하도록 돕는다.

연구팀은 이 과정에서 DnaB 유사 헬리케이스(DNA 복제 안정화), 니코틴아미드 모노뉴클레오티드 운반체(에너지 대사 최적화), 데옥시뉴클레오사이드 키나제(DNA 합성 및 복구) 등 6종의 핵심 유전자가 관여한다는 사실을 알아냈다. 이러한 작용으로 유산균은 발효 말기까지 생존하며 발효를 완수한다.

이번 연구는 발효 생태계에서 파지-숙주 상호작용의 과학적 이해를 높이고, 향후 발효 과정을 정밀하게 제어할 수 있는 ‘미생물 제어 전략’ 개발의 과학적 토대를 마련했다.

원태웅 박사는 “유제품 산업에서는 종균 감염으로 인한 생산성 저하 때문에 박테리오파지가 발효의 방해 요인으로만 인식됐다”며 “그러나 김치로 대표되는 ‘비살균 개방형 발효 시스템’에서는 박테리오파지가 복잡한 발효 생태계의 균형과 품질 향상에 기여하는 역할을 할 수 있음을 구명했다”고 말했다.

연구 결과는 지난 6월 식품과학기술 분야 국제 학술지인 ‘LWT-Food Science and Technology’에 게재됐다.

강민구 (science1@edaily.co.kr)