전기에너지로 사는 전기합성 미생물

전기에너지를 이용하여 사는 미생물에 대하여 도쿄대학교 이화학연구소의 연구팀이 연구결과를 발표했습니다. 이산화탄소로부터 영양분을 만들어 내는 방법에는 2가지가 있었습니다. 태양광을 에너지로 이용하여 이산화탄소에서 녹말을 합성하는 광합성, 그리고 수소나 황 등의 화학물질의 에너지를 이용하는 화학합성입니다. 이번 발견에서는 전기합성이 가능한 미생물이 존재하는 것을 확인하였습니다.

전기에너지 전기합성 미생물

2010년에 태양광이 도달하지 않는 심해 환경에서 '전기를 매우 잘 통하는 암석'이 존재한다는 사실이 발견되었습니다. 이를 바탕으로 추가 연구를 진행하여 이번 결과를 얻었습니다. 철 이온을 산화시켜 에너지로 이용하는 세균의 일종인 Acidithiobacillus ferrooxidans(A.ferrooxidans)이 있습니다. 이것을 철 이온을 포함하지 않고 전기만 에너지원으로 사용할 수 있는 환경에서 배양 하였습니다

세포가 체외 전극으로부터 어떻게 전자를 빼내어 NADH(Nicotinamide adenine dinucleotide)를 만들며, 특정 단백질을 통하여 이산화탄소에서 유기물을 합성하는 경로를 알아냈습니다. 이번 '철 산화 세균'은 불과 0.3V 정도의 작은 전위차를 1V 이상으로 높이는 능력을 가지고 있습니다. 이를 통해 매우 미약한 전기에너지를 이용할 수 있습니다.

즉 0.3V에서는 이산화탄소에서 유기물을 만들 수 없지만, 외피에서 내부까지 퍼진 분기형 전자수송 경로를 전압을 높이는 회로로 이용하는 것입니다. 최종적으로 1.14V까지 높인 전위차를 이용하여 에너지를 합성하게 됩니다. 위 그림은 전기합성의 대사 회로입니다. 세포 내에 존재하는 분기형 전자 전달 시스템을 승압 회로로 이용하여 0.3V 전위차를 1.14V까지 높여 이산화탄소에서 유기물을 만듭니다.