[어니스트뉴스=손시훈기자] 쉬와넬라균이 물에 녹는 방사성 물질(우라늄 6가 이온)을 나노와이어로 만들어 토양과 수질의 오염을 막을 수 있다는 사실이 국내 연구진에 의해 처음으로 규명되었다.
쉬와넬라균(Shewanella)은 육지와 물 속, 깊은 지하 등 어디서나 생존하며 환경에 따라 호흡 방식까지 바꾸는 세균으로 알려졌다.

광주과학기술원(GIST) 허호길 교수가 주도한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 오세정)이 추진하는 중견연구자지원사업(도약연구) 등의 지원을 받아 수행되었다.

사람은 산소를 마시며 생활하지만, 쉬와넬라(Shewanella)균은 산소가 없이 용해성(물에 녹는) 우라늄 6가 이온으로 호흡하며 생존한다. 이렇게 쉬와넬라균이 숨을 쉬는 호흡 과정에서 용해성 우라늄 6가 이온이 불용성(물에 녹지 않는) 우라늄 4가 이온으로 변환한다.
허호길 교수팀은 쉬와넬라균에 의해 용해성 우라늄 6가 이온이 불용성 우라늄 4가 이온으로 전환되는 중간과정에서 특이하게 세균 외부막에 핑크빛 실타래 같은 물질이 형성된다는 사실을 확인하고, 그 물질이 미생물이 만들어낸 생물막(혹은 유기성 물질)이 아니라, 바로 용해성 우라늄 6가 이온으로 만들어진 나노와이어 형상의 불용성 결정체 광물인 것으로 밝혀냈다.

세균 외부에 만들어지는 나노와이어 모양의 물질은 표면적이 넓어 일반 필터로 걸러 낼 수 있을 정도로 여과 효율이 높아 방사성 물질인 용해성 우라늄 이온이 지하수를 통해 토양과 수질을 오염시키는 현상을 방지할 수 있어, 미생물을 이용한 유해물질 처리기술을 개발할 수 있는 가능성을 보여주었다.
또한, 우라늄을 생산(혹은 회수) 과정에서 기존에 독성물질을 유발하는 가공공정 대신에 우라늄이 포함된 물에 미생물을 넣어 고순도의 우라늄을 생산(혹은 회수)할 수 있는 친환경 공정 개발 가능성도 제시되었다.

미생물 접종0시간              후미생물 접종12시간         후미생물 접종48시간 후

투명한 물에 용해된 우라늄 6가(좌)가 쉬와넬라 균주에 의해 시간이 지나면서 핑크색상의 우라늄 6가의 나노와이어로 전환되어 병바닥에 침적되는 현상을 보여주는 사진

자료제공=교육과학기술부

(좌) 미생물의 표면에 우라늄 나노와이어가 형성되어 있다. 이를 확대하면 망사형의 미생물이 표면에서 떨어져 나온 것을 확인할 수 있다.
(우) 한 가닥의 우라늄 나노와이어가 나노와이어 형상의 불용성 결정체의 물질로 연결되어 있음을 투시전자현미경을 통해 확인하였다.

허호길 교수는 “이번 연구결과는 방사능 오염으로 인하여 사람이 접근하기 어려운 환경에서 미생물을 이용한 친환경적인 방법으로 방사성 물질에 의한 토양과 수계 오염을 막을 수 있을 뿐만 아니라, 고순도의 우라늄을 생산(혹은 회수)할 수 있는 친환경 공정 개발의 가능성을 열었다. 그리고 이러한 미생물과 중금속의 상호작용에 대한 연구는 부족한 희토류의 선택적인 회수 방법을 제시하고 다양한 산업소재 개발에 활용할 수 있을 것이라”고 연구의의를 밝혔다.

이번 연구결과는 영국왕립화학회에서 발간하는 화학분야 저명학술지  ‘케미컬 커뮤니케이션(Chemical Communications)’ 온라인 판(6월 17일자)에 게재되었다.(논문명: Bacterial Formation of Extracellular U(VI) Nanowires. Chem. Comm. 2011. 47:8076-8078)

쉬와넬라(Shewanella) 세균
육지와 물 속, 깊은 지하 등 어디서나 살며 환경에 따라 호흡 방식까지 바꾸는 세균으로 대체에너지 생산과 유독성 폐기물 정화 등 다양한 분야에 사용할 수 있을 것으로 기대된다.

나노와이어
단면의 지름이 1나노미터(1나노는 10억분의 1미터) 정도의 극미세선으로 이것을 만드는 기술은 세계를 변화시킬 10대 신기술 가운데 하나로 꼽히며, 현재 나노테크놀러지 분야에서 가장 효율적인 분야 가운데 하나로 평가된다. 나노와이어는 레이저나 트랜지스터, 메모리, 화학감지용 센서(감지기) 등 다양한 분야에 쓰인다.

우라늄 (U: Uranium)
우라늄은 화학 원소로 원소 기호는 U, 원자 번호는 92인 은회색의 방사성 금속 원소이다. 모든 대형 상업용 원자력 발전소에서는 전기 에너지를 얻는 에너지원으로 우라늄을 쓰고 있다. 소프트볼 공만한 크기의 우라늄에서는 그 무게의 300만 배에 해당하는 석탄에서 나오는 것보다 더 많은 에너지를 얻을 수 있다. 또한, 우라늄은 일부 핵무기에 쓰여 엄청난 폭발력을 나타낸다.

공기 중에서 가열하면 발화해서 산화우라늄 U3O8이 된다. 할로겐 ·황 ·질소와도 직접 반응한다. 묽은 산에는 녹아 수소를 발생하며 4가의 우라늄염이 된다. 질산에도 녹아 질산우라닐로 변한다. 알칼리와는 반응하지 않으며 이온화 경향은 망간과 아연의 중간이다. 화합물의 주원자가는 2, 3, 4, 5, 6가인데 6가가 가장 안정하고 4가가 그 다음이다.

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