환경부 소속 국립생물자원관은 해양 미세조류(니찌시아속)의 세포를 파괴하지 않아 장기보존이 가능한 초저온 동결보존 기법을 국내 최초로 개발했다고 밝혔다.

  미세조류는 크기가 50㎛ 이하인 단세포 생물로 광합성을 통해 유기물을 생산하고 물에 살며, 니찌시아속은 세포벽이 규산질(siliceous)로 구성되어 있는 규조류의 한 종류로 해양에서 흔히 발견된다.

국립생물자원관 연구진은 2018년 1월부터 12월까지 해양 미세조류인 니찌시아속 2종인 니찌시아 프러스툴룸(Nitzschia frustulum)과 니찌시아 아마빌리스(N. amabilis)를 대상으로 연구한 결과, 세포 피해를 최소화하는 초저온 동결보존 기법을 최근 개발했다.

초저온 동결보존법이란 배양된 세포나 조직을 –70∼–190℃의 매우 낮은 온도에서 불활성 상태로 냉동보존하다가, 필요할 때 해동과정을 거쳐 생리기능을 회복시킬 수 있는 보존법을 말한다.

▲ 초저온 동결보존 및 재생 과정

이번 초저온 동결보존의 핵심기술은 미세조류를 얼릴 때 세포를 파괴하는 날카로운 얼음결정이 발생하지 않도록 동결보호제(CPA)의 농도와 동결 기법을 최적화하는 것이다.

연구진은 글리세롤, 디메틸설폭사이드, 메탄올 등 세 종류의 동결보호제를 각각 5~15%의 농도별로 나누어 미세조류 배양체와 혼합하여 냉동시켰다. 

그런 뒤, 해동하여 살아있는 미세조류를 확인한 결과 12%의 메탄올과 혼합한 배양체가 가장 건강하고 신선한 상태를 유지했다.

또한, 해외 연구 사례를 바탕으로 해양 미세조류에 사용되었던 2단계의 동결법(–80℃에서 1시간 30분 동안 –1℃/1분씩 천천히 온도를 낮춘 뒤, –196℃(액체질소)로 급속 냉각)을 적용했을 때, 세포 손상이 줄어들어 해동 후 약 10배 이상 재배양되는 것을 확인했다. 

 동결보호제는 배양체의 동결과정에서 세포 내부구조의 손상을 막기 위하여 첨가하는 보호용 액체로, 글리세롤(glycerol), 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide), 메탄올(methanol) 등이 있다.  

연구진은 이번 기술 개발로 해양 미세조류를 10년 이상 장기보존할 수 있어 배양에 필요한 관리 비용을 최소 30%이상 절감할 수 있을 것이라고 전망했다.

그간 미세조류는 얼리면 세포가 거의 파괴되어 초저온 동결보존법과 같은 안정적인 장기보존기법을 적용할 수 없어 지속적으로 새로운 배지로 옮겨줘야 하는 어려움이 있었다.

서흥원 국립생물자원관 생물자원활용부장은 “국내 생물의 종다양성 보전을 위해 이번 연구와 같이 생물소재의 안정적 보존 방법에 대한 연구를 지속해나갈 것”이라고 밝혔다.