살아 있는 박테리아를 이용해 스스로 충전하는 휴대폰을 상상해보라. 그것은 공상과학처럼 들리지만, 라이스대학교 연구자들은 현실이 될 수 있다고 말한다. 학술지 에 발표된 새로운 연구는 산소 대신 전기를 “호흡하는” 박테리아를 설명한다. 이 미생물들은 나프토퀴논이라는 천연 화합물을 사용하여 전자를 세포 외부로 전달하는데, 이 과정을 세포외 호흡이라고 한다. 그 과정은 배터리와 다르지 않게, 박테리아가 외부 표면으로 전자를 방출함으로써 에너지를 생성하도록 한다. 과학자들은 수년간 생명공학 분야에서 이러한 유형의 호흡을 관찰하고 활용해 왔지만, 그 근본적인 작용 원리는 불분명했다. 이번 연구는 그 작동 방식을 밝혀냈으며, 이러한 호흡 방식이 자연계에 생각보다 더 널리 퍼져 있을 수 있음을 시사한다. “나프토퀴논은 분자 수준의 운반자 역할을 합니다.”라고 수석 저자인 비키 바피 쿤두는 이렇게 말했다. “그것들은 전자를 세포 밖으로 옮겨 박테리아가 산소 없이도 먹이를 분해하고 생존할 수 있게 합니다.” 라이스대학교 연구팀은 이번 발견을 실험하기 위해 캘리포니아 대학교 샌디에이고 캠퍼스의 팔손 연구실과 협력했다. 연구자들은 전도성 표면이 있는 무산소 환경에서 박테리아의 성장을 모의 실험하기 위해 고급 컴퓨터 모델을 사용했다. 그 모델들은 박테리아가 외부로 전자를 방출함으로써 생존할 수 있음을 보여주었다. 실험실 실험은 이 예측을 입증했다. 박테리아는 전도성 물질에서 자라며 전기를 생성했고, 본질적으로 표면을 통해 “호흡”했다. 수석 연구원 캐롤라인 아조-프랭클린은 이 발견을 “자연이 생존을 위해 사용하는 영리한 속임수”라고 표현했다. 그녀는 박테리아를 이용해 전기와 깨끗한 물을 생산하는 폐수 처리장이나, 무거운 배터리 대신 미생물 반응기로 구동되는 화성 탐사 로버와 같은 기존 배터리가 부족한 장소들에서의 활용을 상상하고 있다. 현재 생성되는 전력량은 센서를 구동할 수 있을 정도로 작아 스마트폰을 충전하기엔 부족하지만, 과학자들은 더 강력한 박테리아 균주를 개발하고 새로운 전도성 물질을 탐색함으로써 출력을 높이기를 기대하고 있다.