Optimization of Parachlorella kessleri growth under different environmental conditions for lipid production

지구를 해치지 않는 재료를 찾는 과정에서, 과학자들은 조류(algae)라는 미세한 세계로 눈을 돌리고 있습니다. 이 작은 단세포 식물들은 햇빛을 이용해 성장하며, 그 과정에서 언젠가 우리의 매립지와 바다를 뒤덮고 있는 석유 기반 제품들을 대체할 수 있는 오일과 플라스틱을 생산할 수 있습니다. 과제는 적절한 종류의 조류를 찾아내고, 그것들이 빠르게 성장하여 가장 유용한 물질을 생산할 수 있는 완벽한 환경을 만드는 데 있습니다. 이는 마치 정원사가 특정 작물로부터 최상의 수확을 끌어내기 위해 온실을 조절하는 것처럼, 물의 산도, 공기의 온도, 낮의 길이, 그리고 사용 가능한 이산화탄소의 양과 같은 조건들을 미세하게 조정하는 일입니다. 이러한 요소들이 올바르게 균형을 이룰 때, 조류는 지속 가능한 에너지와 생분해성 플라스틱을 위한 공장이 될 수 있습니다.

최근 인도의 한 연구팀은 델리의 야무나 강에서 발견된 *파라클로렐라 케슬러리(Parachlorella kessleri)*라는 특정 녹조류 종에 집중했습니다. 연구진은 이 지역의 품종이 바이오 연료를 만드는 데 쓰이는 지방인 지질(lipids)과, 생분해성 플라스틱인 폴리하이드록시알카노에이트(PHAs)를 다량 생산하도록 유도할 수 있는지 확인하고자 했습니다. 성장을 위한 최적의 레시피를 찾기 위해, 과학자들은 강물에서 조류를 분리해낸 뒤 박테리아를 깨끗이 제거했습니다. 그런 다음 그들은 유리 플라스크 안에서 조류를 배양하며, 미세한 세포들이 어떻게 반응하는지 보기 위해 한 번에 하나의 조건씩 신중하게 변화시켰습니다. 그들은 다양한 수준의 산도, 서늘함에서 뜨거움까지 아우르는 온도, 다양한 빛과 어둠의 주기, 그리고 물속에 기포로 불어넣은 다양한 농도의 이산화탄소 가스를 테스트했습니다.

실험 결과, 조류가 번성할 수 있는 명확한 조건 세트가 밝혀졌습니다. 세포들은 물이 pH 8의 약알칼리성을 띠고, 섭씨 25도의 편안한 온도를 유지할 때 가장 잘 자랐습니다. 또한 그들은 밤보다 긴 낮을 선호했는데, 구체적으로는 16시간의 빛과 8시간의 어둠이 이어지는 주기였습니다. 그리고 공기 중의 이산가스 농도가 2퍼센트일 때 가장 활발하게 성장했습니다. 이러한 특정 조건 하에서 조류는 16일 후에 최대 크기에 도달했습니다. 이 최적의 환경에서 연구진은 조류가 단순히 잘 자랄 뿐만 아니라, 에너지와 플라스틱의 구성 요소를 저장하고 있다는 사실을 발견했습니다. 건조된 세포에는 무게 대비 17%의 지질과 11%의 PHA가 포함되어 있었습니다. 이는 이러한 조건에서 배양된 단 한 번의 조류 배치를 통해, 과학자들이 잠재적으로 연료와 플라스틱 재료를 모두 수확할 수 있음을 의미합니다.

이 발견은 야무나 강에서 발견된 이 특정 유형의 조류가 이 두 가지 가치 있는 물질을 동시에 생산하도록 연구되고 최적화된 첫 번째 사례라는 점에서 매우 중요합니다. 다른 연구들이 한 가지 목적을 위해 조류를 재배하는 방법을 살펴본 반면, 이 연구는 동일한 세포 배치가 두 가지 목적을 모두 수행할 수 있음을 보여주며, 이는 지속 가능한 제품을 만드는 과정을 더 효율적이고 비용이 적게 들도록 만들 수 있습니다. 연구진은 조류가 광범위한 조건을 견딜 수 있지만, 그들이 찾아낸 pH, 온도, 빛, 이산화탄소의 특정 조합이 가장 높은 수율을 만들어냈다고 언급했습니다. 이 연구는 이 토착 품종이 폐기물과 햇빛을 유용한 상품으로 바꾸는 순환 경제를 실현할 수 있는 바이오 리파이너리(biorefinery)와 같은 대규모 운영에 사용될 잠재력이 있음을 확인해 줍니다. 이 작업은 향후 단계, 즉 이 결과가 산업적 규모에서도 유효한지 확인하기 위해 더 크고 통제된 탱크에서 조류를 테스트하는 과정의 토대를 마련합니다.