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지금까지 전기를 생산하는 대부분의 세균은 광산이나 호수의 바닥과 같은 독특한 환경에서 나왔지만, 연구자들이 인간 장에 있는 미생물 유전체(microbiome)에서 100가지 이상을 발견했다. 그것들은 이전에 알려진 것과는 다르고 더 간단한 세포외 전자 수송 체계를 이용하는데, 이것은 세균 전지를 만드는데 쓸모가 있을지도 모른다. 그 세균들의 생물 발전 능력은 전염력이나, 그것들이 치즈와 요구르트를 발효시키는 방법에서 중요할지도 모른다. 그들은 흔한 설사를 일으키는 세균인 리스테리아 모노사이토제니스(Listeria monocytogenes)가 알려진 생체 발전 세균과 완전히 다른 방식을 이용해서 전기를 생산하며 수백 가지의 다른 세균 종들이 이와 같은 과정을 이용한다는 것을 발견했다. 전기를 만드는 이들 세균 중 많은 것이 인간 장 미생물유전체의 일부이며, 유산을 일으킬 수도 있는, 음식 유래 질환인 선회병(listeriosis)를 일으키는 세균과 같이 많은 것이 병원성이다. 괴저를 일으키는 균( Clostridium perfringens )과 병원내 감염을 일으키는 균( Enterococcus faecalis ), 그리고 일부 병을 일으키는 연쇄상구균들도 전기를 생산한다. 요구르트를 발효시키는데 중요한 젖산균과 많은 다른 생체 발전 세균은 활생균이다. 병원균이거나 활생균, 또는 사람의 미생물유전체에 있거나 인간 생성물의 발효와 연관되거나, 인간과 상호작용하는 그렇게 많은 세균이 생체 발전을 한다는 사실은 이들 세균이 어떻게 사람을 감염시키거나 건강한 장을 가지도록 돕는지에 대해서 많은 것을 알려줄 수 있을 것이다. 세균은 우리가 산소를 호흡하는 것과 같은 이유로 전기를 생산한다: 대사 동안에 생산되는 전자를 없애고 에너지 생산을 돕는 것. 동물과 식물은 전자를 각각의 세포의 미토콘드리아 안의 산소에 전달하는 반면에, --알콜과 치즈 발효 통과 산성 광산뿐만 아니라 우리의 장을 포함해서—산소가 없는 환경에 있는 세균은 또 다른 전자 수용체를 찾아야 한다. 지질 환경에서, 세포 밖의 철이나 망간과 같은 광물이 종종 수용체가 된다. 어떤 의미에서, 이들 세균은 철이나 망간을 “숨쉬는” 것이다. 세포 밖의 전자를 광물로 수송하는 것은 일련의 특별한 화학 반응, 작은 전류로서 전자를 나르는 이른바 세포외 전자 수송 사슬을 필요로 한다. 어떤 과학자들은 전지를 만들기 위해서 그 사슬을 이용했다: 이들 세균의 플라스크에 전극을 대면 전기를 생산할 수 있다. 새롭게 발견된 세포외 전자 소송 체계는 이미 알려진 수송 사슬보다 실제로 더 간단하고 오직 필요할 때만, 아마도 산소 수준이 낮을 때만 세균이 이용하는 것으로 보인다. 지금까지 이 간단한 전자 수송 사슬은 비타민 B2의 유도체인 플라빈이 풍부한 환경에 사는 단일 세포 벽을 가진 세균—그람-음성균으로 분류되는 미생물—에서 발견되었다. 이들 세균의 세포 구조와 그들이 사는 비타민이 풍부한 생태환경이 세포 밖으로 전자를 수송하는 것을 더 간단하고 효과적으로 만들어주는 것으로 보인다. 그 발견은 미생물로부터 살아있는 전지를 만들려고 하는 이들에게 좋은 소식이 될 것이다. 예를 들어, 그러한 “그린” 생물에너지 기술은 쓰레기 처리 공장에서 세균으로부터 전기를 생산할 수 있을 것이다. |
