[연구필요성]
가축화된 반추동물의 미생물 발효 과정에서 생성되는 메탄은 전 세계 농축산업에서 발생되는 온실가스 배출량의 20% 수준을 차지한다. 메탄은 이산화탄소보다 28배 이상의 온실효과를 갖고 있어, 2050년까지 농축산 부문의 탄소중립 목표(온실가스 37% 감축)를 달성하기 위해서는 반추동물의 메탄 발생량 조절이 필수적이다. 그러나 기존의 화학 기반 억제제는 장내 미생물 생태계를 교란하거나 동물 건강에 부정적 영향을 줄 수 있어, 대체 전략이 요구된다. 이에 서울대 김영훈 교수 연구팀은, 메타유전체 분석을 통해 반추위 미생물의 대사 경로를 이해하고, 발효식품 콤부차에서 기능성 미생물을 분리해 생물학적 메탄저감제를 개발하였다. 이는 안전하면서도 지속가능한 온실가스 저감 기술 개발을 위한 기초 연구로서 중요한 의미를 가진다.
[연구성과/기대효과]
본 연구에서 발효식품 콤부차에서 유전체 분석을 기반으로 하여, 생물학적 메탄 저감능을 가진 Komagataeibacter intermedius SLAM-NK6B 균주를 분리하였다. SLAM-NK6B의 보유 유전자군 분석 결과, methanobactin, 유기산(말산, 시트르산), 셀룰로오스 등의 대사산물 생산 능력이 확인되었으며, 이들이 메탄 생성 억제에 관여함을 입증하였다. 실제 in vitro 반추위 발효 실험에서 메탄 발생량을 최대 31.5%까지 유의하게 저감시키는 효과를 보였다. 항생제나 화학 첨가제 없이도 지속가능한 축산 환경을 구현할 수 있는 기반기술로 활용될 수 있으며, 향후 실제 축산 현장에서의 적용을 통해 온실가스 감축과 생산성 향상이라는 이중 효과를 기대할 수 있다. 또한, Komagataeibacter 기반 미생물 제제는 기능성 사료첨가제 또는 symbiotic 제품으로의 산업화 가능성도 높다.
[본문]
발효식품 (콤부차)유래 미생물로 반추동물의 메탄 발생량을 저감하는 신규 생물학적 메탄저감제의 개발과 특성 규명.
서울대학교 농업생명과학대학 김영훈 교수 연구팀은 6월 2일, 환경과학 분야의 국제적인 저명학술지 Science of the Total Environment (IF=8.2, ENVIRONMENTAL SCIENCES 분야 상위 10% 이내)에 콤부차 유래 미생물을 활용한 반추동물 메탄 저감 연구 결과를 발표했다.
반추동물의 소화기관인 반추위에서 생성되는 메탄은 전 세계 농축산업 온실가스 배출의 주요 원인 중 하나로 지목된다. 기존에는 화학첨가제나 항생제 기반의 억제 방법이 연구되었으나, 장내 미생물군 생태계를 교란하거나 지속가능성이 낮다는 한계가 있었다.
연구팀은 기능성 발효식품인 콤부차에서 유래한 Komagataeibacter intermedius SLAM-NK6B 균주가 메탄 저감에 유의한 효과를 보이는 것을 규명하였다. 해당 균주는 메탄 생성 이전 단계에서 장내 대사 흐름을 조절하여, 메탄 생성균의 활성을 직·간접적으로 억제하는 대사산물 기반 저감 메커니즘을 가진다.
SLAM-NK6B는 cellulose, citrate, malate, methanobactin 등 다양한 생리활성 대사물을 생산하며, 이는 반추위 내에서 메탄 생성균과 기질 경쟁을 유도하거나 해당 균의 효소 활성을 저해하는 역할을 한다. 메타유전체 분석과 대사체 검증을 통해 이 같은 기작이 정량적으로 입증되었다.
실험 결과, SLAM-NK6B를 보충한 그룹에서는 메탄 농도 및 총 생산량이 유의미하게 감소하였으며, 휘발성지방산(VFA) 조성 또한 에너지 효율성이 높은 방향으로 변화되었다. 이는 미생물 군집의 기능성 재편성과 생물학적 에너지 대사 전환을 동반함을 시사한다.
연구팀은 해당 균주를 기반으로 한 '심바이오틱스(Symbiotics)' 전략이 향후 저메탄사료첨가제의 국산화를 선도할 수 있을것으로 판단되며 반추가축 사양 현장에 직접적으로 적용될 수 있는 대사친화적 메탄 저감 솔루션으로 발전할 가능성을 강조하였다. 강민근 연구원은 “본 연구는 미생물 대사산물 기반의 메탄 저감 기술을 입증한 사례로, 지속가능한 탄소중립 축산의 실현에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.
해당 논문은 『Metagenome-based microbial metabolic strategies to mitigate ruminal methane emissions using Komagataeibacter-based symbiotics』라는 제목으로 게재되었으며, 2025년 7월호에 출판 예정이다.
본 연구논문은 한국연구재단(중견연구), 농촌진흥청 연구사업을 통해 수행되었으며 또한 서울대학교 국제공동연구 지원사업 SNU OPEN WORLD(SOW)의 지원을 받아 수행되었다(University of Florida, Dr. KwangCheol Casey Jeong)
[연구결과]
Metagenome-based microbial metabolic strategies to mitigate ruminal methane emissions using Komagataeibacter-based symbiotics
Min-Geun Kang, Min-Jin Kwak, Anna Kang, Jeongkuk Park, Daniel Junpyo Lee, Jiseong Mun, Soyeon Kim, Daye Mun, Woongji Lee, Hyejin Choi, Eunsol Seo, Youbin Choi, Kwangcheol Casey Jeong, Sangnam Oh, Jongnam Kim, Younghoon Kim
(Science of The Total Environment (Volume 987, 25 July 2025, 179793), https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2025.179793)