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나무의 셀룰로오스를 전분으로 바꿀 수 있을까?
(Wood You Cellulose for Starch?)
CEH

   셀룰로오스(cellulose)는 가장 풍부한 생체분자이지만, 그것이 어떻게 만들어졌는지는 여전히 과학자들은 당황시키고 있다. 하지만 곧 당신은 그것을 먹을 수 있을 것 같다.

PNAS(Proceedings of the National Academy of Sciences) 지에 실린 두 이야기는 셀룰로오스에 관한 것이다. 하나는 어떻게 그것이 만들어졌는가에 관한 것이고, 다른 하나는 그것을 음식으로 바꾸어보려는 이야기이다.


경이로운 분자기계
 
PNAS 지의 첫 번째 논문은 셀룰로오스 합성 효소(cellulose synthase, CESA)의 구조를 밝히려고 무척 노력하고 있었다. 그 복잡한 효소는 미세섬유의 단단한 겹 안으로 성분요소들이 함께 짜여져 있어서, 나무를 단단하게 해주고, 소화되기 어렵게 만든다. 7명의 연구자들은, ”40년 이상의 실험적인 노력에도 불구하고, 식물 셀룰로오스 합성효소(CESA)의 3D 원자 모델은 여전히 애매한 채로 남아있다”고 말했다. 그 효소는 500개 이상의 아미노산들로 구성되어 있다. 본 논문에서조차 그 구조를 모두 밝히지는 못했는데, 보도 자료도 어떻게 그것이 작동하는지 자세히 보여주지 못하면서, ”셀룰로오스는 자연의 가장 풍부한 재생 가능한 생체재료이며, 화석연료를 대체할 수 있는 바이오연료 생산의 중요한 자원”이라고 말했다. 

노스캐롤라이나 주립 대학(NCSU)의 보도 자료에 의하면, 연구 결과중 하나는 그것이 미세섬유(microfibrils)를 짜는 고리(반지)처럼 보인다는 것이다. 켄터키 대학의 강의 노트는, 포도당의 미세섬유가 뻣뻣한 태피스티리(tapestry, 융단)로 짜여지면서, 자당(sucrose)으로부터 과당(fractose)을 제거할 때 미세소관(microtubule)을 올라가는 한 분자기계를 보여주었다. Trends in Plant Science(2012) 지의 논문의 Box 1에는 36개의 단백질들이 CESA에 포함되어있고, 추가적으로 ”많은 단백질들이 직접적 또는 간접적 상호작용으로 셀룰로오스 합성을 조절한다는 것이다. 이러한 유전자들 중 그 어떤 것이라도 돌연변이가 생기면 셀룰로오스 양의 감소, 또는 결정도의 감소가 일어나고, 뿌리와 배축(hypocotyls)의 세포확장에 결함이 생길 수 있다”고 밝혔다. 그것의 구조가 더 잘 알려짐에 따라, 그 효소의 조작법(작용방법)이 필연 재미있게 되었다. 연구팀은 목화 섬유 내부의 CESA를 연구해 왔다. 과거 수세기 전의 목화 채취자 또는 방적업자들이 그들의 손에 있던 것이 21세기 과학자들도 다 이해하지 못하는 경이로운 분자기계들이었다는 사실을 생각할 수 있었을까?


칼을 바꾸어 쟁기로

PNAS 지의 두 번째 논문은 셀룰로오스를 전분(starch)으로 바꾸는 방법을 기술하고 있었다. 셀룰로오스는 주로 글루코오스 사슬로 구성되어있는데, 몇몇 초식동물의 위에서 박테리아에 의한 것 외에는 소화되지 않는 것으로 증명되었다. 셀룰로오스와 전분(글루코오스로 만들어진)은 동일한 기본구조를 가지고 있으나, 분자간의 결합에서만 다르다. 풍부한 생체분자를 음식으로 바꾸는 방법을 발견한다면, 증가하는 세계 인구를 먹여 살리는데 가치가 있을 것이다. 버지니아 공대의 연구팀은 곰팡이, 효모 및 식물 재료에서 얻은 5개의 비천연 효소를 사용하여 그것을 만드는 방법을 발견했다.

그 처리 과정은 전분의 선형 형태인 아밀로스(amylose)를 30% 생산해냈고, 나머지는 바이오연료로 쓸 수 있었다. Science Daily 지에 따르면, 그것은 친환경적이었다 ; 그 처리과정은 열, 화학물질, 혹은 비싼 장비가 필요치 않고, 상업적 생산을 위해 대량적으로 처리될 수 있다. 그리고 그 효소는 자력(magnetism)으로 재순환 될 수 있기 때문에, 어떤 쓰레기도 발생시키지 않는다. 논문의 요약 글은 ”동시 효소적 생물형질 전환과 미생물 발효에 기초한 차세대 생물정제 기술은 식품, 바이오연료 및 환경 고통(3중고)를 해결할 수 있을 것”으로 전망했다. PhysOrg 지는 세상에서 두 번째로 풍부한 생체분자인 크실란(xylan)을 생물연료로 바꾸려는 시도를 보도하고 있었다. 그것은 더욱 도전이 되는 이야기이다. 왜냐하면 그 자당의 5탄당 구조는 쉽게 발효되는 셀룰로오스 내의 6탄당을 추출하는 방법으로부터 얻을 수 있기 때문이다. 에너지국(Department of Energy)의 그 논문 이야기는 사실 성경적인 관점에서 발단한 것으로, ”칼을 쟁기”로 바꾸려는 것과 같은 것이다.

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이전의 글 '다이아몬드의 에이커'에서 강조했던 것처럼, 만약 사람들이 동식물에 들어있는 첨단과학을 어떻게 발견하고 사용할 것인가를 알게 된다면, 사람들은 보물에 둘러싸여 있는 것이다. 여기에 자연의 경이로움에 대한 우리의 이해를 증진시키고, 동시에 인류에 유익한 기술로 바꿀 수 있는 다윈 프리(Darwin-free)의 더 좋은 과학이 있는 것이다.

 

 

출처 : CEH, 2013. 4. 17.
URL : http://crev.info/2013/04/wood-you-cellulose-for-starch/

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5. 고대의 소금 결정에 남아있는 DNA? 2억5300만 년 전의 셀룰로오스와 DNA의 발견? (Possible Ancient DNA Found)
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