[쿠키과학] 붉은빛에서 오메가3 생산성 1.5배… 생명연, 미세조류 최적 배양 조건 제시

한국생명공학연구원(이하 생명연)이 빛의 색이 미세조류의 성장과 기능성 물질 생산성을 결정하는 원리를 규명했다.

미세조류는 빛과 이산화탄소를 이용해 자라면서 오메가3 지방산, 색소, 단백질 등 다양한 유용 물질을 생산해 건강기능식품과 친환경 양식용 사료, 화장품, 바이오소재의 지속가능한 원료로 주목받고 있다.

생명연 생물자원센터 이준 박사팀은 붉은빛이 해양 미세조류 ‘티소크리시스 루테아(Tisochrysis lutea)’의 성장과 오메가3 지방산, 후코잔틴 생산을 높이는 핵심 요인임을 규명했다고 30일 밝혔다.

후코잔틴은 미세조류와 갈조류에 들어 있는 갈색 천연 색소로 항산화 기능이 뛰어난 기능성 물질이다.

오메가3 지방산은 DHA 등을 포함한 불포화지방산으로 사람의 뇌와 심혈관 건강에 중요한 성분이다.

기존에는 주로 어류에서 얻었지만 최근에는 지속가능한 생산이 가능한 미세조류가 새로운 공급원으로 떠오르고 있다.

그동안 빛의 색이 미세조류의 성장과 유용 물질 생산에 영향을 준다는 사실은 알려졌지만, 어떤 이유로 특정 파장의 빛에서 생산성이 높아지는지 원리는 명확하지 않았다.

특히 세포가 어떤 상태에서 가장 많은 기능성 물질을 만드는지는 거의 밝혀지지 않았다.

연구팀은 흰빛과 붉은빛, 푸른빛 환경에서 티소크리시스 루테아를 각각 배양하고 식물호르몬을 처리한 뒤 성장과 후코잔틴, 오메가3 지방산 생산량을 비교했다.

또 이미지 기반 단일세포 분석 기술을 활용해 세포 하나하나의 크기와 분열 상태, 세포끼리 뭉치는 정도까지 정밀하게 분석했다.

분석 결과 미세조류의 성장과 기능성 물질 생산에는 식물호르몬보다 빛의 색이 훨씬 큰 영향을 미쳤다.

특히 적색 LED 환경에서 배양한 미세조류는 세포 생산성이 흰빛보다 약 1.5배, 푸른빛보다 약 1.4배 높았다. 후코잔틴과 오메가3 지방산 생산량도 가장 많이 증가했다.

붉은빛에서는 미세조류가 서로 뭉치지 않고 작은 크기의 균일한 단일 세포 상태를 유지하며 빠르게 증식했다.

반면 흰빛과 푸른빛에서는 세포가 서로 뭉치거나 분열 중인 세포 비율이 높아 빛을 효율적으로 이용하지 못했다.

세포가 뭉치면 안쪽 세포까지 빛이 충분히 전달되지 않아 광합성 효율이 떨어질 수 있다.

연구팀은 붉은빛 환경에서는 세포가 고르게 분산돼 모든 세포가 빛을 효율적으로 활용했고, 그 결과 광합성과 유용 물질 생산이 함께 증가한 것으로 분석했다.

이번 연구는 어떤 빛에서 생산량이 높아지는지 확인한 기존 연구에서 발전해 세포 상태 변화와 기능성 물질 생산의 관계를 함께 규명했다는 점에서 의미가 크다.

이를 통해 미세조류 대량 배양 과정에서 오메가3 지방산과 후코잔틴 생산성을 높일 수 있는 과학적 기준을 제시했다.

이는 건강기능식품과 친환경 양식용 사료, 화장품, 바이오소재 산업에서 기능성 원료를 보다 효율적으로 생산하는 데 활용될 것으로 기대된다.

특히 생명연이 보유한 미세조류 자원의 산업적 활용 범위를 넓히고 고부가가치 바이오소재 개발에 기여할 것으로 기대된다.

이 박사는 “빛 색이 미세조류 성장과 기능성 물질 생산을 결정하는 중요한 요인이라는 사실을 확인했다"며 ”이번 결과를 대량 배양 공정에 적용하면 오메가3 지방산과 후코잔틴 생산 효율을 높이는 데 도움이 될 것"이라고 말했다.

한편, 이번 연구결과는 지난달 29일 국제학술지 ‘바이오리소스 테크놀로지(Bioresource Technology)’에 게재됐다.
(논문명: Light spectra shape population structure and the allocation of fucoxanthin and fatty acids with secondary phytohormone modulation in Tisochrysis lutea / 교신저자: 생명연 이준 박사ㆍ부경대 신현호 박사 / 제1저자: 강성모 박사과정)

이재형 기자 jh@kukinews.com