미생물과 전기를 이용한 식량 생산

(Experimental set up. Credit: Lisa Schmitz)

우리가 먹는 음식은 모두 태양 에너지에서 유래한 것입니다. 우리는 광합성의 결과물인 곡물과 채소, 과일 등을 직접 먹거나 혹은 이 식물성 음식을 먹은 동물을 먹습니다. 그런데 80억이 넘는 인류에게 충분한 음식을 공급하기 위해 지구 육지의 상당 부분을 농경지나 목초지로 변경하고 바다 생물을 남획하면서 지구 생태계가 몸살을 앓고 있습니다.

따라서 일부 과학자들은 사실 효율이 극도로 낮은 식물 및 가축 재배보다 더 효율적인 방법을 찾기 위해 연구하고 있습니다.

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사실 광합성의 에너지 전환 효율은 매우 낮은 편으로 태양 에너지 중 1% 정도만 포도당 같은 영양소로 바뀌게 됩니다.

여기에 식물이 사용하는 에너지 중 극히 일부만 씨앗이나 열매로 바뀌기 때문에 식물성 식품의 에너지 효율은 더 낮습니다. 그리고 이를 먹은 동물에서 얻은 고기나 우유, 달걀 등의 에너지 전환 효율은 극도로 낮아 약간의 식량을 위해 넓은 토지와 자원이 필요한 것입니다.

독일 튀빙겐 대학의 라구스 안제넌트 (Largus Angenent of the University of Tübingen)와 동료들은 전기를 이용해 유기물을 합성하고 이를 이용해 단백질과 비타민으로 바꾸는 실험을 진행했습니다.

우선 전기를 이용해 물을 산소와 수소로 분해한 후 여기서 얻은 수소와 따로 분리한 이산화탄소를 Thermoanaerobacter kivui라는 박테리아에 공급하면 아세테이트 (acetate)를 합성합니다.

이 아세테이트를 사람이 먹는 건 아니고 이를 다시 빵 효모( Saccharomyces cerevisiae)에게 주면 단백질과 비타민 B9 (엽산) 같은 영양소로 바꾸는 것입니다. 이렇게 키운 효모 85g 정도면 하루 필요한 단백질의 61%를 공급할 수 있습니다. 하루 엽산 필요량은 6g만 있어도 충분합니다.

다만 우리는 단백질 지방 탄수화물이 아니라 이것이 든 음식을 먹는 것이기 때문에 영양소만 만들어내는 접근법이 얼마나 시장에서 받아들여질진 다소 의문입니다. 하지만 장기간 우주 비행사가 체류하는 우주 기지나 화성 식민지 같이 식물이나 가축을 키우기 힘든 곳에서는 나름 유용하지 않을까하는 생각도 드네요.

참고

https://phys.org/news/2024-09-powered-renewable-energy-microbes-protein.html

Power-to-Vitamins: producing folate (vitamin B9) from renewable electric power and CO2 with a microbial protein system, Trends in Biotechnology (2024). DOI: 10.1016/j.tibtech.2024.06.014

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