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철을 먹는 미생물의 비밀



 (Corrosion by Methanococcus maripaludis Mic1c10. Credit: npj Biofilms and Microbiomes (2024). DOI: 10.1038/s41522-024-00574-w)

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(Steel plates before and after microbial attack. Credit: Morten Mossin Madsen/University of Southern Denmark)

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박테리아는 온갖 물질을 먹고 살 수 있습니다. 금속도 예외가 아닌데 우리가 잘 모르는 사실 중 하나는 철을 먹는 박테리아가 존재한다는 것입니다.

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사실 철은 산소와 결합해 산화철 상태로 돌아려는 성질이 매우 강합니다. 지구에는 반응성이 높은 원소인 산소가 넘치기 때문에 인간들은 오래전부터 다른 원소를 섞어 내식성이 강한 합금을을 만들거나 표면을 도금해왔습니다.

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하지만 산소가 없는 환경이라고 해서 안전한 건 아닙니다. 산소와 접촉할 일이 없는 환경에서도 철을 부식시키는 미생물에 의해 microbially induced corrosion (MIC)라는 현상이 일어나기 때문입니다. 우리 주변에선 보기 어려운 일이지만, 석유 및 천연가스 산업에서는 꽤 골치 아픈 존재입니다.

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서던 덴마크 대학의 사토시 카와이치 박사와 아멜리아-엘레나 로타루 교수 (Ph.D. Satoshi Kawaichi and Professor, Dr. Amelia-Elena Rotaru from University of Southern Denmark)는 이런 철 부식 박테리아 중 하나인 메타노코쿠스 마리팔루디스 (Methanococcus maripaludis)가 극도로 효율적인 방식으로 철을 부식시킨다는 사실을 알아냈습니다.

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과거 과학자들은 철 부식 박테리아가 효소를 내서 철을 조금씩 녹인 후 이를 이용한 화학 반응을 통해 에너지를 얻는다고 생각했습니다. 하지만 연구팀은 메타노코쿠스가 직접 철 표면에 달라붙은 후 바로 철에서 에너지를 얻는다는 사실을 확인했습니다. 다만 아무리 그래도 반응성이 우수한 산소가 있는 환경에서는 산소가 먼저 달라붙기 때문에 이 세균들은 산소가 없는 환경에서만 살아갑니다.

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아무튼 연구팀은 메타노코쿠스가 신속하게 철 표면에 검은 생물막을 형성한 후 빠르게 반응을 일으켜 철을 녹슬게 만든다는 사실을 다시 확인했습니다. 예를 들어 5g 크기의 작은 철 덩어리는 몇일 정도 지나면 검은 가루만 남게 할 수 있습니다.

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그런만큼 이런 세균의 침투를 억제하는 것이 석유, 가스 산업이나 가스관, 송유관 관리에 중요할 수밖에 없습니다. 더구나 이름에서 암시하는 것처럼 이들은 철을 부식시키고 부산물로 메탄을 내놓기 때문에 더 위험할 수 있습니다.

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아무튼 이렇게 쇠를 먹고 사는 상상속의 동물 불가사리 같은 박테리아가 실제로 있다는 사실이 놀랍습니다.

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참고

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https://phys.org/news/2024-10-microbes-iron-reveals.html

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Satoshi Kawaichi et al, Adaptation of a methanogen to Fe0 corrosion via direct contact, npj Biofilms and Microbiomes (2024). DOI: 10.1038/s41522-024-00574-w

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