바닷속 산호에 ‘유산균 치료’ 했더니…폭염 스트레스 견뎠다

기후변화로 해수 온도가 치솟으면서 전 세계 산호초가 위협받는 가운데, 산호에 유익한 미생물을 투여해 고수온으로 인한 스트레스를 줄일 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 수조가 아닌 실제 바다에서 자연적으로 발생한 해양폭염을 대상으로 효과를 확인했다는 점에서 주목된다.

3일(현지시간) 셀 프레스에 따르면 사우디아라비아 킹압둘라과학기술대학교(KAUST) 연구진은 홍해 산호에 살아 있는 유익 미생물인 '프로바이오틱스'와 이를 비활성화한 '포스트바이오틱스'를 각각 처리한 결과, 고수온에 노출된 산호의 건강 지표가 개선되는 것을 확인했다. 연구 결과는 이날 국제학술지 셀 리포츠에 게재됐다.

사우디아라비아 킹 압둘라 과학기술대학교 해양과학 교수인 라켈 페이소토가 홍해 알 파할 산호초에 위치한 산호 프로바이오틱스 빌리지에서 사진을 찍고 있다. (사진=모건 베넷-스미스)

산호는 몸속에 서식하는 미세조류와 공생한다. 미세조류는 광합성을 통해 산호에 에너지를 공급하지만 바닷물 온도가 지나치게 높아지면 이러한 공생 관계가 무너질 수 있다. 이 과정에서 산호가 공생조류를 잃고 하얗게 변하는 현상이 '산호 백화'다.

연구진은 산호와 함께 살아가는 미생물에 주목했다. 산호에는 다양한 미생물이 서식하며 일부는 산호가 주변 환경에 적응하고 열 스트레스를 견디는 데 도움을 줄 수 있다.

연구진은 건강한 홍해 산호에서 유익한 세균을 분리해 두 종류의 프로바이오틱스 혼합물을 만들었다. 또 같은 미생물을 열로 비활성화해 두 종류의 포스트바이오틱스도 만들었다.

프로바이오틱스가 살아 있는 미생물을 이용한다면 포스트바이오틱스는 비활성화된 미생물 또는 이들에서 유래한 생리활성 성분을 활용하는 방식이다.

연구진은 2022년 여름 자연적인 해양폭염이 발생한 홍해 중부 해역에서 가지산호류를 대상으로 15일 동안 현장 실험을 진행했다. 당시 하루 평균 해수 온도는 섭씨 30.9~31.9도에 달했다.

이들은 산호의 색과 산호 내부 공생조류의 광합성 효율 등을 측정해 건강 상태를 살폈다. 그 결과 아무런 미생물 처리를 하지 않은 대조군에서는 열 스트레스로 광합성 효율이 유의미하게 떨어졌다. 반면 두 종류의 살아 있는 프로바이오틱스를 처리한 산호에서는 광합성 효율이 유지됐다.

특히 두 종류의 포스트바이오틱스 가운데 한 종류에서도 같은 효과가 나타났다. 살아 있는 미생물이 아니더라도 특정 미생물 성분이 산호의 고수온 스트레스 대응에 도움을 줄 가능성을 보여준 것이다.

에리카 산토로 KAUST 박사후연구원은 "이처럼 혁신적인 아이디어가 실제 현장 조건에서 효과를 나타내는 것을 확인했을 때 긍정적으로 놀랐다"며 "이번 연구에서 가장 흥미로운 점은 산호 미생물 치료를 위한 새로운 길을 열었다는 것"이라고 강조했다.

포스트바이오틱스가 효과를 보였다는 점은 산호초 복원 기술의 실제 활용 측면에서도 의미가 있다.

살아 있는 미생물을 대규모 산호초에 적용하려면 배양과 보관, 운송 등의 문제가 뒤따른다. 반면 비활성화된 미생물 제제는 상대적으로 유통기한을 늘리고 보관과 운송을 쉽게 하며 생산비용을 낮출 가능성이 있다는 게 연구진의 설명이다.

연구진은 유전자와 대사물질 분석도 진행했다. 그 결과 프로바이오틱스와 포스트바이오틱스를 처리한 산호에서 미생물군과 대사 상태가 서로 다른 방식으로 변화한 것으로 나타났다.

특히 포스트바이오틱스를 처리한 산호에서는 열 스트레스 내성과 관련된 것으로 알려진 '코베티아' 계열 세균이 증가했다.

이번 연구 결과가 미생물 치료만으로 산호 백화나 기후변화에 따른 산호초 위기를 해결할 수 있다는 의미는 아니다. 실험은 특정 산호종을 대상으로 15일 동안 진행됐으며, 포스트바이오틱스가 어떤 기전을 통해 산호의 열 스트레스 대응 능력을 높이는지에 대해서도 추가 연구가 필요하다. 다른 산호종이나 다른 해역에서도 같은 효과가 나타나는지도 확인해야 한다.