박테리아를 광합성 화학 공장으로 만드는 MOF 슈트

(A 2D MOF wraps around the bacteria to form a soft cloak that expands as the bacteria grow and split. The MOF protects them from oxygen, the reverse of a spacesuit, which protects astronauts from the airlessness of space. Credit: Peidong Yang lab, UC Berkeley)

캘리포니아 대학 (University of California, Berkeley)의 과학자들이 박테리아에 MOF 수트를 입혀 이산화탄소를 더 유용한 물질로 바꾸는 화학 공장으로 만드는 방법을 개발했습니다. 이들은 나사에서 연구비를 지원받았는데 먼 미래에 이 박테리아들이 우주 식민지나 유인 기지에서 유용하게 쓰일 수 있을지도 모릅니다.

UC 버클리의 페이동 양 (Peidong Yang, the S. K. and Angela Chan Distinguished Chair in Energy in UC Berkeley's Department of Chemistry)교수가 이끄는 연구팀은 본래 빛을 흡수하는 금속 유기물 프레임워크 metal-organic framework, MOF를 연구하고 있었습니다. 이 MOF 나노와이어 소재는 태양 에너지를 흡수해 전자를 내놓기 때문에 본래는 태양 전지처럼 사용하려고 생각했습니다.

하지만 연구팀은 여기서 역발상으로 이 MOF 메쉬 소재를 혐기성 박테리아에 코팅하는 방식을 생각했습니다. MOF가 본래 자연적인 환경에서 전자를 흡수해 에너지로 사용하는 박테리아들에 더 효과적으로 에너지를 공급할 수 있기 때문입니다. 쉽게 말해 MOF 코팅이 태양빛을 흡수해 어떤 혐기성 박테리아라도 그 에너지를 사용할 수 있게 도와주는 것입니다.

연구팀은 Morella thermoacetica라는 혐기성 세균을 우선 선택했는데, 이 박테리아가 이산화탄소를 아세트산으로 바꾸는데 특화되오 있기 때문입니다. 물론 박테리아의 종류를 바꿔 다른 물질을 생산하게 만들 수도 있습니다.

MOF 소재가 박테리아들에 해롭지 않을까 걱정할 수도 있지만, 흥미로운 부분은 그 반대라는 사실 입니다. MOF 슈트를 입은 상태에서 박테리아은 혐기성 환경이 아니라 정상 공기에 노출되도 5배나 오래 사는 것으로 나타났습니다. MOF가 일종이 보호막을 형성해 주는 것입니다. 더 놀라운 사실은 세포가 분열해도 코팅은 살아남는다는 것입니다.

앞으로 MOF 수트를 입은 박테리아가 경제적으로 이산화탄소를 유용한 화학 물질로 바꿔줄지는 두고봐야 알겠지만, 유용한 신물질로 생각되는 MOF의 응용범위가 생각보다 다양하다는 사실을 보여주는 사례 같습니다.

참고

Zhe Ji el al., "Cytoprotective metal-organic frameworks for anaerobic bacteria," PNAS (2018). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1808829115

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