우라늄 먹는 미생물…어떻게 가능한지 봤더니 [핵잼 사이언스]

우라늄은 자연 상태에서도 방사선을 내놓는 중금속으로 대부분의 생명체에 유해하다. 만약 우라늄 광산에서 우라늄이 지하수를 타고 노출되면 다시 회수하기가 사실상 불가능할 뿐 아니라 많은 지역이 방사성 물질에 오염될 위험성이 있다. 최근 과학자들은 이 문제를 해결할 방법을 눈에 보이지 않는 작은 미생물에서 찾아냈다.

독일 헬름홀츠 드레스덴-로센도르프 연구소(HZDR)와 스페인 그라나다 대학교 연구팀은 박테리아가 흔한 유기물 중 하나인 ‘글리세롤’(glycerol)을 먹이로 삼을 때 물에 용해된 우라늄을 어떻게 해롭지 않은 안정적인 상태로 전환할 수 있는지 연구했다.

연구팀은 실제 우라늄 오염 환경과 비슷한 환경에서 연구하기 위해 비스무트 사가 소유한 침수된 우라늄 광산의 폐광수를 실험에 사용했다. 실험은 지하 2000m의 산소가 희박한 폐광산 환경을 재현하기 위해 산소가 거의 없는 환경에서 진행했다.

연구팀은 이곳에서 서식하는 미생물 군집에 우라늄이 녹아 있는 물을 주고 먹이가 되는 탄소원인 글리세롤을 첨가했다. 그러자 방사성 물질로 오염된 상황에서도 박테리아는 이를 먹이로 섭취하며 활발히 증식했다. 130일 동안 배양한 후 확인한 결과 물에 녹아 있던 우라늄의 약 5%만이 샘플에 남아 있었으며, 나머지 우라늄은 박테리아의 세포벽에 축적된 상태였다.

일반적으로 우라늄은 4가(U(IV)) 또는 6가(U(VI)) 상태로 존재하며, 그 중간 단계인 5가(U(V))는 매우 불안정하고 일시적인 상태로 여겨져 왔다. 그러나 연구팀은 첨단 현미경과 분광학적 분석을 통해 박테리아의 세포벽에서 높은 비율의 5가 우라늄이 관찰된다는 사실을 밝혀냈다.

연구의 주저자인 HZDR의 안토니오 M. 뉴먼-포르텔라는 “기존에는 5가 우라늄이 불안정한 상태로만 알려져 있었으나, 이번 실험을 통해 박테리아가 우라늄을 5가 상태인 FeU(V)O 화합물 형태로 변환하고 보존할 수 있음을 확인했다”며 “이는 기존의 우라늄 환원 경로를 뛰어넘는 놀라운 발견”이라고 설명했다.

더욱이 이 우라늄 5가 화합물은 기존의 우라늄 화합물과 달리 산소가 풍부한 환경에서도 25년 이상 안정적으로 유지되는 것으로 나타났다. 연구진은 건조된 생물량이 산소에 노출되었을 때 오히려 해당 화합물의 양이 증가하는 현상을 관찰하며 이 화합물의 안정성을 재확인했다.

HZDR의 지상 미생물 연구그룹 소속 에블린 크라지크-베르슈 박사는 “이번 연구는 글리세롤을 공급받은 박테리아가 독성 우라늄을 안정적인 화합물로 전환할 수 있음을 최초로 보여준 사례”라며, “앞으로 박테리아를 활용해 오염된 환경에서 우라늄을 제거하거나, 귀한 자원인 우라늄을 효과적으로 추출하는 방식에 어떻게 응용할 수 있을지 지속적으로 연구할 계획”이라고 밝혔다.

연구팀은 이 미생물이 우라늄에 오염된 토양과 지하수에서 우라늄을 안전하게 회수하거나 혹은 낮은 농도의 우라늄 광석에서 우라늄을 경제적으로 채취하는 데 도움을 줄 것으로 보고 있다. 이번 연구 결과는 우라늄 오염 지역의 환경 복원 및 지속 가능한 자원 회수 전략을 세우는 데 있어 중요한 학술적 토대가 될 것으로 기대된다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com