국내 연구진이 미생물이 포함된 입자인 바이오 에어로졸의 새로운 발생 과정과 원리를 규명했다. 자연으로부터 인간으로의 질병 이동과 동식물의 세균성 감염, 그리고 기후 교란의 원인이 되는 바이오 에어로졸의 새로운 발생 경로를 밝힘으로써 향후 관련 분야 연구의 해결 실마리를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

숙명여자대학교 기계시스템학부 정영수 교수(사진) 연구팀은 15일(수) “바이오 에어로졸 속에 포함된 미생물의 농도를 제어하고 시각화를 통해 에어로졸 속의 세균 농도를 예측할 수 있는 방법을 개발했다”고 밝혔다. 정 교수와 미국 MIT 기계공학과 컬런 뷰이(Cullen Buie) 교수팀이 공동으로 수행한 이번 연구는 세계적인 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications, IF=11.329)에 지난 7일 게재됐으며 MIT 뉴스 홈페이지에 표지 기사로 실렸다.

바이오 에어로졸(Bioaerosol)은 공기 중에 오래 머무를 수 있는 작은 액체 방울 또는 고체 입자 가운데 박테리아나 바이러스 등 미생물을 갖고 있는 경우를 뜻한다. 크기가 작기 때문에 중력의 효과를 거의 받지 않아 오래 떠다닐 수 있으며 공기의 흐름에 따라 멀리 이동할 수 있다. 이 중 액체 방울 유형의 바이오 에어로졸은 미생물의 건조를 방지할 수 있어 미생물이 장시간 살아있는 상태로 공기 중에 떠다니며 이동할 수 있도록 한다.

정 교수에 따르면 공기 중에는 매우 많은 바이오 에어로졸이 존재하며 동식물의 병원균 전파와 기후 변화에 중요한 요인으로 여겨져 왔다. 그러나 어떻게 지표면에 존재하는 미생물들이 대기 높은 곳까지 존재하는지 그 발생과 전달 과정은 그동안 명확히 밝혀지지 않았다. 특히, 오랜 기간 건조한 날이 계속되다 비가 내릴 때 맡을 수 있는 흙냄새와 비가 온 후 공기 중에 급격하게 상승하는 바이오 에어로졸 농도를 통해 우천 시 지표면에서 바이오 에어로졸이 발생함을 예상했으나 정확한 발생 과정과 정도는 규명되지 않았다.

이에 정 교수를 포함한 MIT 연구팀은 지난 2015년 빗방울 충돌을 모사한 실험 장비와 고속 촬영 기법을 이용한 시각화를 통해 비가 내릴 때 지표면에서 에어로졸이 발생함을 보인 연구결과를 네이처 커뮤니케이션즈에 발표한 바 있다. 이번 연구는 그 후속 연구로, 비가 내릴 때 발생하는 에어로졸을 통해 지표면에 존재하는 박테리아가 얼마나 많이 대기 중으로 이동할 수 있는지 정량적으로 밝혔다. 고속 촬영 기법 대신 형광 물질을 이용해 작은 에어로졸과 그 속에 포함된 박테리아를 시각화하여 비의 강도, 흙의 특성, 그리고 대기 환경을 고려하여 대기 중으로 이동할 수 있는 박테리아의 양을 측정하였다.

연구팀은 또한 에어로졸에 포함된 박테리아가 공기 중에 얼마나 오래 생존해 있을 수 있는지를 파악할 수 있는 바이오 에어로졸 생존율 파악 기법을 개발했다. 이 방법을 통해 일반적인 대기 조건에서 지표면에 발생하는 에어로졸 속에서 토양 박테리아가 1시간 이상 살아 있음을 확인했으며, 그 결과 비가 내릴 때 바이오 에어로졸을 통해 미생물을 멀리 떨어진 곳까지 효과적으로 이동시킬 수 있다는 것을 확인했다. 이는 동식물의 건강에 영향을 주는 세균성 질병이 어떻게 빠른 속도로 멀리 확산 될 수 있는지 알 수 있는 연구결과다.

정 교수는 “실험을 통해 비가 내릴 때 발생하는 바이오에어로졸이 지구 대기에 존재하는 바이오 에어로졸 총량의 1~20%에 해당될 수 있으며, 이에 따라 대기 중 바이오 에어로졸 공급의 원리를 상당 부분 확인하게 됐다”며 “향후 의료기기, 헬스케어 시스템 개발은 물론 기후변화 연구에까지 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 보인다”고 밝혔다.