산림청 국립산림과학원(원장 김용관)은 산림 고부가가치 임산물인 송이와 천마의 생산성을 높일 수 있는 기능성 미생물 개발 연구성과를 담은 「홀로바이옴 정보 기반 송이 및 천마의 기능성 미생물 소재 개발 연구」를 발간했다고 밝혔다.

이번 보고서는 송이와 천마를 단일 생물로만 바라보지 않고, 이들과 공생하는 미생물 군집과 주변 생태환경을 함께 분석해 기능성 미생물 소재를 발굴하려는 연구성과를 종합한 자료다. 국립산림과학원은 이를 통해 송이 인공재배와 천마 생산성 향상의 과학적 기반을 마련하고, 관련 기술을 산림 그린바이오산업으로 확장할 수 있는 방향을 제시했다.

송이와 천마는 우리 산림이 지닌 대표적인 고부가가치 생명자원이다. 그러나 높은 경제적 가치와 달리 안정적인 생산은 쉽지 않았다. 기후와 토양, 숙주 식물, 균류와 주변 미생물의 관계가 복잡하게 얽혀 있어 단순한 재배 기술만으로 생산량을 조절하기 어렵기 때문이다. 

특히, 송이는 인공 재배의 난도가 높은 임산물로 알려져 있고, 천마 역시 독립적으로 광합성을 하지 못한 채 특정 균류와의 공생에 의존해 생장한다. 이처럼 재배가 어려운 산림자원의 생산성을 높이기 위해서는 개별 식물이나 균류만을 따로 연구하는 방식에서 벗어나야 한다. 식물과 균류, 미생물, 주변 환경을 하나의 생태적 체계로 이해해야 한다는 의미다. 

산림청 국립산림과학원이 송이와 천마의 생산성 향상을 위한 해답을 ‘홀로바이옴’에서 찾은 이유도 여기에 있다.

최근 농림 분야에서는 화학농약과 화학비료의 사용을 줄이면서도 생산성과 병해 저항성을 높일 수 있는 친환경 바이오소재 개발의 중요성이 커지고 있다. 이러한 흐름 속에서 주목받는 개념이 홀로바이옴이다.

홀로바이옴은 식물이나 동물을 독립된 개체로만 보지 않고, 그 생물과 함께 살아가는 세균·균류 등 다양한 미생물과 유전정보, 상호작용 전체를 하나의 생명 시스템으로 이해하는 관점이다. 식물의 생장과 영양 흡수, 병해 저항성, 환경 적응 능력이 식물 자체의 유전자만으로 결정되는 것이 아니라, 주변 미생물과의 관계로 크게 달라질 수 있다는 인식에서 출발한다.

이는 산림생명자원 연구에도 중요한 전환을 요구한다. 그동안 특정 식물이나 버섯의 생리적 특성에 초점을 맞췄다면, 홀로바이옴 연구는 해당 생물이 어떤 미생물과 공존하고 있으며 그 관계가 생장과 생산성에 어떤 영향을 미치는지까지 함께 살핀다. 이는 재배의 해답을 개별 생물 내부가 아니라, 생물 사이의 관계에서 찾는 접근이라 할 수 있다.

국립산림과학원은 이러한 홀로바이옴 개념을 송이와 천마 연구에 적용했다. 송이와 천마의 공생 메커니즘을 유전체와 오믹스 수준에서 분석하고, 생장과 생산성 향상에 도움을 줄 가능성이 있는 기능성 미생물 소재의 개발 기반을 구축했다.

송이는 특정 소나무류의 뿌리와 공생하며 자라는 균근성 버섯이다. 따라서, 송이의 발생은 단순히 균을 접종하거나 재배 환경을 조성하는 것만으로 안정적으로 유도하기 어렵다. 숙주 나무의 상태, 토양의 물리·화학적 특성, 온도와 수분, 주변 미생물 군집 등 다양한 조건이 동시에 작용하기 때문이다.

이 때문에 송이 인공 재배 연구의 핵심은 송이균 자체를 배양하는 데만 있지 않다. 송이균이 어떤 미생물과 함께 있을 때 안정적으로 정착하고 생장하는지, 어떤 토양 환경에서 균근이 형성되는지, 버섯 발생에 유리한 미생물 생태계가 무엇인지까지 규명해야 한다.

국립산림과학원의 이번 연구는 바로 이 복잡한 관계를 홀로바이옴 관점에서 해석하려는 시도다. 송이 발생지와 생육 환경에 존재하는 미생물 군집을 분석하고, 송이의 생장이나 공생 관계에 긍정적으로 작용할 가능성이 있는 미생물을 발굴함으로써 인공 재배 기술의 기반을 넓히겠다는 것이다.

이는 송이 연구의 관점을 ‘재배 조건의 모방’에서 ‘공생 생태계의 재구성’으로 확장한다는 점에서 의미가 있다. 자연에서 송이가 발생하는 장소의 온도와 습도만 흉내 내는 것으로는 충분하지 않으며, 송이와 나무뿌리, 토양 미생물이 형성하는 관계까지 이해하고 재현해야 한다는 뜻이다.

천마 역시 공생 연구가 중요한 산림 생명 자원이다. 천마는 엽록소가 없어 스스로 광합성을 하지 못하며, 생장 과정에서 특정 균류와의 공생에 의존한다. 따라서, 재배 과정에서 공생균의 상태가 불안정하거나 주변 미생물 환경이 적절하지 않으면 생육과 생산량이 크게 달라질 수 있다.

천마 재배에서는 종균과 재배 재료, 온도와 수분 관리가 중요하지만, 그것만으로 모든 생장 차이를 설명하기는 어렵다. 천마와 공생균 주변에 존재하는 다양한 미생물이 영양분 이동이나 병원성 미생물 억제, 공생 관계의 안정화에 영향을 줄 가능성이 있기 때문이다.

국립산림과학원은 천마의 미생물 생태계와 공생 메커니즘을 분석하고, 생산성 향상에 활용할 수 있는 기능성 미생물을 찾는 연구를 진행했다. 이는 천마 재배에서 공생균 하나만 관리하는 방식을 넘어, 천마가 생장하는 전체 미생물 환경을 조절하는 방향으로 기술을 발전시킬 수 있다는 것을 보여 준다.

기능성 미생물 소재가 실용화된다면 천마의 생육을 촉진하거나 공생 관계를 안정시키고, 병해 발생을 줄이는 친환경 재배 기술로 연결될 가능성이 있다. 생산량의 변동성을 낮추는 것은 임가의 경영 안정성과도 직접 연결되는 문제다.

이번 연구에서는 송이와 천마의 공생 메커니즘을 유전체와 오믹스 수준에서 규명했다는 점도 주목된다. 오믹스는 유전체, 전사체, 단백질체, 대사체 등 생명체 안에서 일어나는 다양한 생물학적 정보를 종합적으로 분석하는 연구 방식이다.

기존 연구가 특정 미생물의 존재 여부나 개별 기능을 확인하는 데 집중했다면, 오믹스 기반 연구는 생물과 미생물 사이에서 어떤 유전자가 작동하고, 어떤 물질이 만들어지며, 생장 단계에 따라 미생물 군집이 어떻게 변화하는지를 더 입체적으로 파악할 수 있게 한다.

이는 기능성 미생물을 단순히 많이 분리하는 것보다 중요한 과정이다. 실제 재배 현장에서 활용하려면 해당 미생물이 어떤 조건에서 기능을 발휘하는지, 송이나 천마와 어떤 방식으로 상호작용하는지, 다른 미생물과의 관계에서 안정적으로 정착할 수 있는지를 검증해야 하기 때문이다.

홀로바이옴 정보는 이러한 후보 미생물을 선별하고 기능을 예측하는 기초자료가 된다. 연구의 정밀도가 높아질수록 경험과 시행착오에 의존하던 재배 기술도 데이터 기반의 생물학적 관리 기술로 발전할 수 있다.

이번 보고서에는 송이와 천마의 미생물 생태계, 기능성 미생물 발굴 및 활용 기술, 송이 인공 재배와 천마 생산성 향상을 위한 미생물 소재 개발, 산림 그린바이오산업 활용 방향 등이 담겼다.

여기서 중요한 것은 연구의 목적이 생태적 관계를 설명하는 데만 머물지 않는다는 점이다. 국립산림과학원은 발굴된 기능성 미생물을 실제 임산물 생산에 적용할 수 있는 바이오소재로 발전시키는 기반을 마련하고자 한다. 

기능성 미생물이 제품화되면 미생물제제, 친환경 생육촉진제, 공생 안정화 소재, 병해 억제용 바이오소재 등으로 활용될 가능성이 있다.

이는 화학농약과 비료에 대한 의존도를 낮추면서 생산성을 높이려는 농림 분야의 변화와도 맞닿아 있다. 자연 생태계 안에서 이미 작동하고 있는 미생물의 기능을 활용한다는 점에서 친환경성이 높고, 산림 생명 자원의 부가가치를 높이는 새로운 산업 기반이 될 수 있기 때문이다.

산림 그린바이오산업은 산림에 존재하는 식물·미생물·버섯·천연물 등의 생명 자원을 활용해 의약품, 식품, 화장품, 농업용 소재 등 고부가가치 제품을 개발하는 영역이다. 송이와 천마의 기능성 미생물 연구는 이 가운데 임산물 생산기술과 미생물 소재산업을 연결하는 사례가 될 수 있다.

송이와 천마는 높은 가격과 산업적 가치를 지녔지만, 생산량이 자연환경과 생태적 조건에 크게 좌우된다는 한계를 안고 있다. 생산의 불확실성이 크면 임가는 안정적인 경영계획을 세우기 어렵고, 시장 공급 역시 일정하게 유지되기 힘들다.

따라서, 기능성 미생물 연구의 최종 가치는 단순히 수확량을 늘리는 데 있지 않다. 생산 변동성을 낮추고 재배 성공 가능성을 높여 임가가 더 안정적인 소득 기반을 마련하도록 돕는 데 있다. 연구실에서 발견한 미생물이 실제 산림과 재배지에서 같은 기능을 발휘하도록 만드는 실용화 연구가 중요한 이유다.

배은경 국립산림과학원 산림미생물이용연구과 연구사는 “송이와 천마는 고부가가치 산림 생명 자원이지만 생태적 특성상 안정적인 생산이 어려웠다”라며, “홀로바이옴 기반 기능성 미생물 연구를 지속해 임가의 소득 증대는 물론 산림바이오산업 발전에도 이바지할 수 있도록 노력하겠다”라고 밝혔다.

홀로바이옴 연구는 학문적으로 새로운 개념을 적용하는 데 그치지 않고, 생산 현장의 어려움을 줄이고 산림자원의 산업적 가능성을 넓히는 실용적 연구를 지향한다. 다만, 기능성 미생물의 실용화를 위해서는 앞으로도 넘어야 할 단계가 적지 않다. 

실험실에서 확인된 기능이 다양한 기후와 토양 조건에서도 재현되는지, 기존 생태계에 예상하지 못한 영향을 주지는 않는지, 대량 배양과 저장·유통이 가능한지 등을 지속해 검증해야 한다. 송이와 천마의 생태적 특성이 복잡한 만큼 단일 미생물만으로 생산 문제를 모두 해결하기도 어려울 수 있다.

그런데도 이번 연구는 중요한 방향 전환을 보여 준다. 재배가 어려운 이유를 식물이나 균류 하나의 결함에서 찾지 않고, 이들이 맺고 있는 관계의 구조에서 이해하려는 시도이기 때문이다. 자연은 개별 생물의 집합이 아니라, 서로 의존하는 관계망으로 작동한다. 미래의 산림바이오 기술 역시 그 관계를 해치지 않으면서 정밀하게 활용하는 방향으로 발전해야 한다.

「홀로바이옴 정보 기반 송이 및 천마의 기능성 미생물 소재 개발 연구」는 국립산림과학원 도서관 누리집을 통해 누구나 열람할 수 있다. 연구성과를 공개함으로써 후속 연구와 산업계 활용, 현장 기술 개발로 이어질 수 있는 지식 기반도 제공한다.

송이와 천마의 생산성을 높이는 해답은 더 많은 비료나 더 강한 농약이 아니라, 그 곁에서 함께 살아가는 미생물에 있을 수 있다. 보이지 않을 만큼 작은 생명체의 역할을 이해하는 일이 고부가가치 임산물의 생산을 안정시키고, 임가 소득과 산림 그린바이오산업의 미래를 넓히는 출발점이 되는 것이다. 

이번 연구는 산림자원의 가치를 단순 채취나 재배에서, 생명 정보와 바이오소재의 영역으로 확장했다는 점에서 의미가 있다.