고초균(Bacillus subtilis)
枯草菌
枯: 마를 고
草: 풀 초
菌: 버섯 균
마른풀에 서식
바실러스는 막대기라는 뜻인데 현미경으로 보았을 때 기다랗게 생긴 세균을 통칭하는 말로서 그 종류는 수없이 많으며 지금도 새로운 바실러스들이 분리되고 있다
고초균이라고도 부르는데 마른풀에 서식하고 있는 미생물로서 볏짚에 서식하고 있다고 하여 붙여진 이름이다. 콩은 단백질의 보고인데 콩을 삶아서 벽돌 모양의 메주로 만든 다음 지푸라기로 엮어 처마에 매달아 놓았던 모습을 많이 보았었다. 그런데 지푸라기에 서식하고 있던 바실러스 서브틸리스가 스멀스멀 기어나와 콩의 주성분인 단백질을 분해하여 아미노산으로 만들어내는데 아미노산은 감칠맛을 내는 성분이다. 그래서 화학조미료의 성분이기도 하다.
아미노산의 구조를 살펴보면 모든 아미노산마다 질소가 하나씩 붙어있다. 질소는 작물의 영양생장에 필요한 성분이다. 질소는 아미노산에 하나씩 들어있고 아미노산들이 일렬로 연결되어 진주목걸이처럼 이어진 형태를 단백질이라고 하는데 바실러스 서브틸리스라고 하는 고초균은 단백질을 잘게 부수어 아미노산 내에 들어있는 질소 성분이 작물에 흡수되어 영양생장을 촉진하게 된다. 바실러스 서브틸리스는 작물의 전반기 생육 과정 중 초반 영양생장에 밀접하게 관련이 있는 미생물이다..
그람 양성의 막대 모양의 간균으로 그람 음성 세균인 대장균(Escherichia coli)과 함께 생물학 실험실에서 가장 많이 쓰이는 균 중 하나이다.
볏짚에도 서식하며, 청국장이나 낫토, 된장을 만들려고 콩을 쑤어 만든 메주를 만드는 데 쓰기도 한다.
이외 Bacillus 속에서 유명한 종으로는 탄저균(Bacillus anthracis)이 있는데, 탄저균은 잘 알려져 있다시피 인류에게 유익한 발효 식품들을 제공하는 고초균과는 전혀 대조적으로 인간에게 해로운 균이다.
고초균(Bacillus subtilis) 악취를 내뿜는 세균
날씨가 습할 때면 집안이나 거리 구석에서 불쾌한 냄새가 나곤 한다. 기온과 습도가 높아져 왕성하게 번식한 세균이 내뿜는 휘발성 물질 때문이다. 인간이 유용하게 사용하는 세균, 고초균(Bacillus subtilis) 역시 악취를 내뿜는 대표적인 세균이다. 된장을 만들 때 쓰는 고초균은 콩을 발효시키는 과정에서 구린 냄새를 가진 휘발성 물질을 내뿜는다. 그러나 이 구린 냄새 속에는 식물의 면역력을 높이는 ‘부탄디올’이 들어 있다.
류충민 한국생명공학연구원 감염병연구센터장팀은 부탄디올이 식물에 주는 영향을 연구하고 있다. 오이나 고추처럼 국내에서 흔히 키우는 작물에 부탄디올을 뿌리면 진딧물 같은 해충을 내쫓고, 세균성‧바이러스성 질병에 견디는 힘 등 두 가지 효과가 나타난다는 것을 발견했다.
부탄디올은 살충제나 살균제로 작용한 것이 아니라 해충이나 세균이 싫어하는 물질을 식물이 만들어야 한다는 ‘신호물질’로 작용한다. 식물이 외부에서 뿌린 부탄디올을 감지하면 해충이 싫어하는 물질을 생성하기 시작한다.
예컨대 오이에 부탄디올을 뿌리면 자스몬산이라는 물질을 만들어낸다. 자스몬산은 곤충을 막는 방제 체계를 만들도록 식물 전체에 정보를 전달하는 물질이다. 자스몬산을 만든 식물은 곤충이 싫어하는 물질을 뿜어내 곤충을 쫓아낸다.
부탄디올은 병에 견디는 힘인 면역력을 키우는 역할도 한다. 고추에 뿌리면 고춧잎이 오그라드는 모자이크병에 대한 내성이 강해진다. 이 병은 모자이크 바이러스로 인해 생기는 식물 병이다. 마땅한 항바이러스제가 없어 일단 발병하면 주변 식물에 옮기지 않도록 뽑아 태우는 것만이 방법이다. 류 센터장은 “부탄디올이 식물에 면역력 증가 기작을 발동시켜 바이러스에도 잘 버틸 수 있게 한다”고 설명했다.
부탄디올이 식물에 긍정적인 영향을 준다는 사실은 2003년 류 센터장에 의해 처음으로 알려졌으나 그동안 본격적으로 연구하는 연구자가 거의 없다가 최근 프랑스 파스퇴르연구소 등 해외에서 관심을 보이고 있다. 류 센터장은 관련 연구를 돕기 위해 연구 방법을 공개하는 학술지인 네이처 프로토콜 7월호에 휘발성 물질을 포집하고 측정하는 방법을 발표했다.
연구팀은 사람이 아로마 세러피를 이용하듯 식물에 부탄디올을 사용할 방법을 추가로 연구 중이다. 류 센터장은 “전기 모기향이나 석고 방향제처럼 지속적으로 밭에 부탄디올을 공급할 수 있는 방법을 찾는 중”이라고 말했다.
한편 부탄디올은 석유화학 물질을 대신할 재료로도 각광받고 있다. 2, 3일이면 3t을 만들 수 있을 정도로 생산 속도가 빠르고, 폴리에틸렌과 기본 분자식이 유사해 바이오 플라스틱 재료로 사용할 수 있다. 또 수분을 붙잡아 두는 능력이 뛰어나 일부 화장품에 피부 보습제로도 쓰이고 있다.
아이소발레르산
isovaleric acid
특유의 악취가 나는 포화지방산로서 분자식은 C5H10O2, 시성식은 (CH3)2CHCH2COOH이다.
발레르산과의 이성질체이기도 하다. 마타리과의 길초속(Valeriana) 뿌리에 주로 포함되어 있는 이외에 파인애플, 담배, 쥐오줌풀에 포함되어 있다. 예로부터 향료, 진정제로 사용되었다. 에탄올, 다이에틸에터에 잘 녹지만 물에는 거의 녹지 않는다. 특유의 오래된 치즈 냄새가 난다.
이소발레릴CoA탈수소효소의 결핍증인 이소발레르산혈증을 앓는 환자의 혈액 내에서 증가하고, 요로 글리신 포함체의 형태로 배설된다. 유사한 물질로 이소류신 대사의 중간체인 L-3-메틸2-옥소발레르산은 단풍당뇨증 환자의 요에 출현하며 특유의 악취가 나기 때문에 진단에 도움이 된다.
청국장의 가장 유명한 특징은 냄새이다. 다른 발효식품들과 달리 대변 냄새나 발냄새와 비슷해 거의 모든 사람들이 악취라고 생각할 정도로 불쾌하게 느낀다. 진짜 제대로 만든 청국장은 말 그대로 똥냄새가 난다. 하지만 30년 전부터 냄새 안나는 고초균만 배양해서 집어 넣는 기술이 발달해 2020년대에는 서울시내에서도 냄새나는 청국장은 찾는게 하늘에 별따기인 수준. 더욱이 찌개로 만드는 과정에서 더 강하게 퍼져나간다. 다른 발효식품과는 달리 청국장은 만들고 나서 바로 조리하기 때문에 냄새가 더 심하다. 학교나 회사 급식에서 청국장이 나오는 날이면 구내식당 입구부터 냄새가 난다는 것을 알 수 있다. 그나마 발효시킨 비지, 즉 비지장으로 찌개를 끓이면 냄새가 좀 덜하다.
같은 콩을 발효해서 만드는 된장과 비교해도 냄새의 차이가 크다. 이는 된장과 청국장에 들어가는 발효균의 차이 때문이다. 된장은 누룩곰팡이인 아스페르길루스(Aspergillosis) 종류가 들어가지만, 청국장은 고초균이라 불리는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 종류가 들어간다.
다른 말로 발꼬랑내, 발시큼내라고 부르기도 하며, 흔히 퍼져 있는 이미지를 보자면 청국장이나 식초, 치즈 ,낫토, 젓갈 냄새에 비유된다. 어찌보면 사실 당연한 것이 발냄새의 주 생성기제인 아이소발레르산 자체가 "오래된 치즈"와 같은 냄새를 풍기기 때문이다. 또한 산성이기 때문에 약간의 시큼한 냄새도 동반하고 있으며 단백질이 분해되면서 나오기 때문에 전반적인 삭힌 단백질류 식품에서 발냄새와 비슷한 냄새가 난다. 발 외에 부분에서 난 땀이 아포크린샘에서 나오는 지방산을 분해하면 그건 암내가 된다